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trabajo de bombeo por cavidades progresivas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
PROYECTO
METODOS DE PRODUCCION
SILVIA JULIANA IBANtildeEZ 2061261
ELIANA PULIDO VASQUEZ 2073166
WILLIAM ALEXANDER ORTIZ 2063124
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS
2011
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 1
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONTENIDO
INTRODUCCION
OBJETIVOS
ANTECEDENTES
VENTAJAS DEL SISTEMA PCP
DESVENTAJAS DEL SISTEMA PCP
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA
DESPLAZAMIENTO ROTOR ndashESTATOR
GEOMETRIA DISTRIBUCION Y EFECTOS
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
COMPLETACION Y PERFIL DEL POZO
REQUERIMIENROS DE TORQUE Y POTENCIA
TIPOS DE INSTALACION PCP
PRINCIPIOS BASICOS DE PRODUCCION
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUBSUELO
EQUIPOS DE SUPERFICIE
DISENtildeO
INSTALACION DE EQUIPOS
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
TIPICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 2
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INTRODUCCION
Las reservas de petroacuteleo liviano estaacuten comenzando a declinar poco a poco y las
de crudo pesado y bituacutemenes de Grado API (10-223) o menor se iraacuten
transformando en posesiones muy valiosas Estas reservas se encuentran
presentes en paiacuteses como Argentina (cuenca del golfo de San Jorge) Venezuela
(Faja de Orinoco que tiene los depoacutesitos maacutes grandes del mundo) Estados
Unidos-California Canadaacute y otros paiacuteses donde los reservas de petroacuteleo pesado
son menores
Es muy importante que el ingeniero de produccioacuten conozca las alternativas
disponibles cuando le corresponda disentildear o seleccionar un sistema de
levantamiento artificial debido a que en un proceso de produccioacuten de
hidrocarburos existen diferentes teacutecnicas para llevar los fluidos contenidos en una
formacioacuten desde el subsuelo hasta la superficie
Es de intereacutes mencionar que cuando el yacimiento tiene la suficiente energiacutea para
levantar estos fluidos hasta la superficie se dice que el pozo produce en forma
natural Cuando esto no es posible es decir el yacimiento solo tiene la presioacuten
necesaria para levantar los fluidos hasta cierto nivel dentro del pozo es necesaria
la instalacioacuten de un sistema de levantamiento artificial que adicione presioacuten para
poder llevar los fluidos hasta la superficie
El propoacutesito de los meacutetodos de levantamiento artificial es minimizar los
requerimientos de energiacutea en la cara de la formacioacuten productora con el objeto de
maximizar el diferencial de presioacuten a traveacutes del yacimiento y provocar de esta
manera la mayor afluencia de fluidos El sistema de levantamiento artificial por
bombeo de cavidad progresiva es una bomba de desplazamiento rotativo positivo
Esa bomba es accionada desde la superficie por medio de cabillas que transmiten
la energiacutea a traveacutes de un motor eleacutectrico ubicado en la superficie Este sistema se
adapta en particular a fluidos viscosos pesados auacuten si estos transportan
partiacuteculas soacutelidas yo flujos bifaacutesicos de gas y petroacuteleo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los meacutetodos de levantamiento artificial maacutes comunes al comienzo de la industria
petrolera eran bombeo mecaacutenico convencional (BMC) para crudos pesados y
levantamiento por gas (GL) para crudos medianos y livianos Posteriormente
comienza la aplicacioacuten en campo de meacutetodos no convencionales tales como el
bombeo electro sumergible (BES) y el bombeo por cavidades progresivas (BCP)
El desarrollo de este trabajo se enfatizaraacute totalmente sobre este uacuteltimo el cual es
muy utilizado en la industria petrolera por los beneficios que genera su aplicacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 4
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
OBJETIVOS
Identificar las ventajas que aporta el uso de las Bombas de Cavidades
Progresivas en la recuperacioacuten de petroacuteleos pesados
Conocer los principios fiacutesicos el funcionamiento la instalacioacuten en superficie
y en fondo las especificaciones y dimensionamiento del equipo
Reconocer las caracteriacutesticas de este mecanismo tanto en costo en tiempo
y en cuanto a recuperacioacuten de crudo
Describir el disentildeo de la bomba detallando los pasos a seguir para calcular
y analizar las variables de una instalacioacuten de bombeo por Cavidades
Progresivas
Evaluacioacuten financiera
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Marco Teoacuterico
Antecedentes
Las bombas de cavidades progresivas (BCP) representan un meacutetodo de
Levantamiento Artificial de crudos pesados medianos y livianos que ofrece una
amplia versatilidad alta eficiencia y bajo costo La geometriacutea simple de este tipo
de bombas constituidas principalmente por un rotor metaacutelico y un estator
elastomeacuterico le confieren al sistema tales ventajas
Las bombas de desplazamiento positivo se caracterizan por ofrecer un caudal
constante (teoacutericamente) aunque se variacutee la presioacuten de descarga de la misma lo
que representa una de las mayores ventajas de este tipo de bombas
Adicionalmente mediante la tecnologiacutea de cavidades progresivas se pueden
bombear fluidos con contenidos de agua arena y parafinas
Los esfuerzos realizados en investigacioacuten y desarrollo de bombas de cavidades
progresivas han permitido desarrollar sistemas con elevada capacidad de
produccioacuten y levantamiento Es fundamental que se realice una adecuada
seleccioacuten del material elastomeacuterico para garantizar un buen desempentildeo de la
bomba por lo que este meacutetodo de levantamiento artificial depende
considerablemente de la disponibilidad de materiales elastomeacutericos para manejar
fluidos de diversa naturaleza quiacutemica
Algunas fallas presentadas por los estatores elastomeacutericos de las bombas de
cavidades progresivas (BCP) justifican la necesidad de identificar las causas de
dichas fallas y establecer los controles necesarios sobre criterios de seleccioacuten
disentildeo e instalacioacuten de bombas en las completaciones
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas del sistema PCP
Los sistemas BCP tienen algunas caracteriacutesticas uacutenicas que los hacen ventajosos
con respecto a otros meacutetodos de levantamiento artificial una de sus cualidades
maacutes importantes es su alta eficiencia total Tiacutepicamente se obtienen eficiencias
entre 50 y 60 Otras ventajas adicionales de los sistemas BCP son
Produccioacuten de fluidos altamente viscosos (2000-500000) centipoises
La inversioacuten de capital es del orden del 50 al 25 del de las unidades
convencionales de bombeo dependiendo del tamantildeo debido a la
simplicidad y a las pequentildeas dimensiones del cabezal de accionamiento
Los costos operativos son tambieacuten mucho maacutes bajos Se sentildeala ahorros de
energiacutea de hasta 60 al 75 comparado con unidades convencionales de
bombeo eficiente El sistema de accionamiento es tambieacuten eficiente a
causa de que la varillas de bombeo no se levantan y bajan solo giran
Los costos de transporte son tambieacuten miacutenimos la unidad completa puede
ser transportada con una camioneta
Opera eficientemente con arena debido a la resiliencia del material del
estator y al mecanismo de bombeo
La presencia de gas no bloquea la bomba pero el gas libre a la succioacuten
resta parte de su capacidad como sucede con cualquier bomba causando
una aparente ineficiencia
Amplio rango de produccioacuten para cada modelo rangos de velocidades
recomendados desde 25 hasta 500 RPM lo que da una relacioacuten de 20 a 1
en los caudales obtenidos Este rango se puede obtener sin cambio de
equipo
La ausencia de pulsaciones en la formacioacuten cercana al pozo generaraacute
menor produccioacuten de arena de yacimientos no consolidados La produccioacuten
de flujo constante hacen maacutes faacutecil la instrumentacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El esfuerzo constante en la sarta con movimientos miacutenimos disminuye el
riesgo de fallas por fatiga y la pesca de varillas de bombeo
Su pequentildeo tamantildeo y limitado uso de espacio en superficies hacen que la
unidad BPC sea perfectamente adecuada para locaciones con pozos
muacuteltiples y plataformas de produccioacuten costa fuera
El bajo nivel de ruido y pequentildeo impacto visual la hace ideal para aacutereas
urbanas
Ausencia de partes reciprocantes evitando bloqueo o desgaste de las
partes moacuteviles
Simple instalacioacuten y operacioacuten
La simplicidad del equipo permite mejorar el bombeo de una gran variedad
de fluidos
Puede ser regulada la tasa de bombeo seguacuten las exigencias del pozo
mediante la variacioacuten de la rotacioacuten en el cabezal accionado esto se
efectuacutea con simples cambios de polea o mediante un vareador de rotacioacuten
Bombea con iacutendices de presioacuten interna inferior al de las bombas
alternativas lo que significa menor flujo en la columna del pozo para
alimentarla pudiendo succionar a una presioacuten atmosfeacuterica
La produccioacuten del pozo puede ser controlada mediante el simple cambio de
rotacioacuten y esta se efectuacutea mediante el cambio de poleas o usando vareador
de velocidad
Al contrario del sistema alternativo el PCP presenta un torque constante en
la sarta de bombeo dentro del pozo tienen menos friccioacuten reduciendo
significativamente el consumo de energiacutea llegando a economizar hasta
50 la energiacutea comparado con otros meacutetodos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los sistemas PCP puede alcanzar altas tasa de bombeo eliminado la
necesidad de cambiar el equipo cuando las condiciones de los pozos
disminuyen o prestan variaciones en la produccioacuten
El tamantildeo menor peso permite economizar el transporte y aligera su
instalacioacuten
A diferencia del sistema alternativo este meacutetodo no ofrece riesgos de
accidente
Las roscas de liacutenea API permiten una conexioacuten directa sin necesidad de
adaptaciones al mudar el sistema de los pozos de alternativas al PCP
La simplicidad del equipo reduce costos en mantenimiento de lubricacioacuten y
reemplazo de partes
Tipos e aromaacuteticos comunes encontrados en petroacuteleo xileno benceno
tolueno a porcentajes no mayores de 3
Desventajas Del Sistema PCP
Los sistemas BCP tambieacuten tienen algunas desventajas en comparacioacuten con los
otros meacutetodos La maacutes significativa de estas limitaciones se refiere a las
capacidades de desplazamiento y levantamiento de la bomba asiacute como la
compatibilidad de los elastoacutemeros con ciertos fluidos producidos especialmente
con el contenido de componentes aromaacuteticos A continuacioacuten se presentan varias
de las desventajas de los sistemas BCP
Resistencia a la temperatura de hasta 280degF o 138degC (maacutexima de 350degF
o 178degC)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastoacutemeros pueden hincharse
o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por periacuteodos
prolongados de tiempo)
Tendencia del estator a dantildeo considerable cuando la bomba trabaja en
seco por periacuteodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se
obstruye la succioacuten de la bomba el equipo comienza a trabajar en
seco)
Desgaste por contacto entre las varillas y la cantildeeriacutea de produccioacuten en
pozos direccionales y horizontales
Requieren la remocioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten para sustituir la
bomba (ya sea por falla por adecuacioacuten o por cambio de sistema)
Sin embargo estas limitaciones estaacuten siendo superadas cada diacutea con el desarrollo
de nuevos productos y el mejoramiento de los materiales y disentildeo de los equipos
En su aplicacioacuten correcta los sistemas de bombeo por cavidades progresivas
proveen el maacutes econoacutemico meacutetodo de levantamiento artificial si se configura y
opera apropiadamente
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA
Una Bomba de cavidad progresiva consiste en una bomba de desplazamiento
positivo engranada en forma espiral cuyos componentes principales son EL rotor
y el estator El rotor que es la uacutenica parte movible de la bomba es una pieza de
metal pulido de alta resistencia con forma de heacutelice simple o doble El estator es
una heacutelice doble o triple de elastoacutemero sinteacutetico con el mismo diaacutemetro del rotor
adherido permanentemente a un tubo de acero Este tubo se encuentra conectado
a la tuberiacutea de produccioacuten El crudo es desplazado en forma continua entre los
filamentos de tornillo del rotor y desplazado axialmente mientras que el tornillo
rota
Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir
manejar altos voluacutemenes de gas soacutelidos en suspensioacuten y cortes de agua asiacute
como tambieacuten es ideal para manejar crudos de mediano y bajo Grado API
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La bomba consta de dos heacutelices una dentro de la otra el estator con una heacutelice
interna doble y el rotor con una heacutelice externa simple Cuando el rotor se inserta
dentro del estator se forman dos cadenas de cavidades progresivas bien
delimitadas y aisladas A medida que el rotor gira estas cavidades se desplazan a
lo largo del eje de la bomba desde la admisioacuten en el extremo inferior hasta la
descarga en el extremo superior transportando de este modo el fluido del pozo
hasta la tuberiacutea de produccioacuten
DESPLAZAMIENTO ROTOR - ESTATOR
A grandes rasgos la bomba de cavidades
progresivas (BCP) estaacute compuesta por el
Rotor y el Estator El rotor es accionado
desde la superficie por un sistema impulsor
que transmite el movimiento rotativo a la
sarta de Cabilla la cual a su vez se
encuentra conectada al rotor El Estator es el
componente estaacutetico de la bomba y contiene un
poliacutemero de alto peso molecular con la capacidad de deformacioacuten y recuperacioacuten
elaacutestica llamado elastoacutemero
El estator y el rotor no son conceacutentricos como se muestra en la figura 1 y el
movimiento del rotor es combinado uno rotacional sobre su propio eje y otro
rotacional (en direccioacuten opuesto a su propio eje) alrededor del eje del estator
El principio de funcionamiento de la BCP estaacute basado en el principio ideado por su
creador de Reneacute Moineau la BCP utiliza un rotor de forma helicoidal de n+1
loacutebulos Las dimensiones del Rotor y del Estator estaacuten disentildeadas de manera que
producen una interferencia definiendo asiacute las cavidades
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Movimiento Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea del conjunto es tal que forma una serie de cavidades ideacutenticas y
separadas entre siacute Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades
se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succioacuten) hasta la descarga
generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas Debido a que
las cavidades estaacuten hidraacuteulicamente selladas entre siacute el tipo de bombeo es de
desplazamiento helicoidal (desplazamiento positivo)
La geometria del sello helicoidal formado por el rotor y el estator estan definidos
por los siguientes parametros
una seccioacuten transversal de una BCP convencional (1 x 2 loacutebulo) donde se
observa como el diaacutemetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad
produciendo la interferencia (i) que crea ello
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Geometriacutea sello helicoidal entre Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seccioacuten transversal de una BCP
muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicioacuten de la
cavidad formada entre el Rotor y el Estator Note que en un mismo plano
transversal siempre pueden definirse dos cavidades y que el aacuterea de estas dos
cavidades se complementa es decir cuando una es maacutexima la otra es miacutenima de
modo que el aacuterea transversal total es siempre constante
Disposicioacuten de las cavidades en una BCP en 3D
GEOMETRIA
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 15
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 19
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 20
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 22
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 23
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 51
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 52
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 53
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 54
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
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TRAINING GROUP Venezuela 2003
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Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 78
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONTENIDO
INTRODUCCION
OBJETIVOS
ANTECEDENTES
VENTAJAS DEL SISTEMA PCP
DESVENTAJAS DEL SISTEMA PCP
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA
DESPLAZAMIENTO ROTOR ndashESTATOR
GEOMETRIA DISTRIBUCION Y EFECTOS
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
COMPLETACION Y PERFIL DEL POZO
REQUERIMIENROS DE TORQUE Y POTENCIA
TIPOS DE INSTALACION PCP
PRINCIPIOS BASICOS DE PRODUCCION
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUBSUELO
EQUIPOS DE SUPERFICIE
DISENtildeO
INSTALACION DE EQUIPOS
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
TIPICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 2
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INTRODUCCION
Las reservas de petroacuteleo liviano estaacuten comenzando a declinar poco a poco y las
de crudo pesado y bituacutemenes de Grado API (10-223) o menor se iraacuten
transformando en posesiones muy valiosas Estas reservas se encuentran
presentes en paiacuteses como Argentina (cuenca del golfo de San Jorge) Venezuela
(Faja de Orinoco que tiene los depoacutesitos maacutes grandes del mundo) Estados
Unidos-California Canadaacute y otros paiacuteses donde los reservas de petroacuteleo pesado
son menores
Es muy importante que el ingeniero de produccioacuten conozca las alternativas
disponibles cuando le corresponda disentildear o seleccionar un sistema de
levantamiento artificial debido a que en un proceso de produccioacuten de
hidrocarburos existen diferentes teacutecnicas para llevar los fluidos contenidos en una
formacioacuten desde el subsuelo hasta la superficie
Es de intereacutes mencionar que cuando el yacimiento tiene la suficiente energiacutea para
levantar estos fluidos hasta la superficie se dice que el pozo produce en forma
natural Cuando esto no es posible es decir el yacimiento solo tiene la presioacuten
necesaria para levantar los fluidos hasta cierto nivel dentro del pozo es necesaria
la instalacioacuten de un sistema de levantamiento artificial que adicione presioacuten para
poder llevar los fluidos hasta la superficie
El propoacutesito de los meacutetodos de levantamiento artificial es minimizar los
requerimientos de energiacutea en la cara de la formacioacuten productora con el objeto de
maximizar el diferencial de presioacuten a traveacutes del yacimiento y provocar de esta
manera la mayor afluencia de fluidos El sistema de levantamiento artificial por
bombeo de cavidad progresiva es una bomba de desplazamiento rotativo positivo
Esa bomba es accionada desde la superficie por medio de cabillas que transmiten
la energiacutea a traveacutes de un motor eleacutectrico ubicado en la superficie Este sistema se
adapta en particular a fluidos viscosos pesados auacuten si estos transportan
partiacuteculas soacutelidas yo flujos bifaacutesicos de gas y petroacuteleo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 3
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los meacutetodos de levantamiento artificial maacutes comunes al comienzo de la industria
petrolera eran bombeo mecaacutenico convencional (BMC) para crudos pesados y
levantamiento por gas (GL) para crudos medianos y livianos Posteriormente
comienza la aplicacioacuten en campo de meacutetodos no convencionales tales como el
bombeo electro sumergible (BES) y el bombeo por cavidades progresivas (BCP)
El desarrollo de este trabajo se enfatizaraacute totalmente sobre este uacuteltimo el cual es
muy utilizado en la industria petrolera por los beneficios que genera su aplicacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 4
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
OBJETIVOS
Identificar las ventajas que aporta el uso de las Bombas de Cavidades
Progresivas en la recuperacioacuten de petroacuteleos pesados
Conocer los principios fiacutesicos el funcionamiento la instalacioacuten en superficie
y en fondo las especificaciones y dimensionamiento del equipo
Reconocer las caracteriacutesticas de este mecanismo tanto en costo en tiempo
y en cuanto a recuperacioacuten de crudo
Describir el disentildeo de la bomba detallando los pasos a seguir para calcular
y analizar las variables de una instalacioacuten de bombeo por Cavidades
Progresivas
Evaluacioacuten financiera
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 5
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Marco Teoacuterico
Antecedentes
Las bombas de cavidades progresivas (BCP) representan un meacutetodo de
Levantamiento Artificial de crudos pesados medianos y livianos que ofrece una
amplia versatilidad alta eficiencia y bajo costo La geometriacutea simple de este tipo
de bombas constituidas principalmente por un rotor metaacutelico y un estator
elastomeacuterico le confieren al sistema tales ventajas
Las bombas de desplazamiento positivo se caracterizan por ofrecer un caudal
constante (teoacutericamente) aunque se variacutee la presioacuten de descarga de la misma lo
que representa una de las mayores ventajas de este tipo de bombas
Adicionalmente mediante la tecnologiacutea de cavidades progresivas se pueden
bombear fluidos con contenidos de agua arena y parafinas
Los esfuerzos realizados en investigacioacuten y desarrollo de bombas de cavidades
progresivas han permitido desarrollar sistemas con elevada capacidad de
produccioacuten y levantamiento Es fundamental que se realice una adecuada
seleccioacuten del material elastomeacuterico para garantizar un buen desempentildeo de la
bomba por lo que este meacutetodo de levantamiento artificial depende
considerablemente de la disponibilidad de materiales elastomeacutericos para manejar
fluidos de diversa naturaleza quiacutemica
Algunas fallas presentadas por los estatores elastomeacutericos de las bombas de
cavidades progresivas (BCP) justifican la necesidad de identificar las causas de
dichas fallas y establecer los controles necesarios sobre criterios de seleccioacuten
disentildeo e instalacioacuten de bombas en las completaciones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 6
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas del sistema PCP
Los sistemas BCP tienen algunas caracteriacutesticas uacutenicas que los hacen ventajosos
con respecto a otros meacutetodos de levantamiento artificial una de sus cualidades
maacutes importantes es su alta eficiencia total Tiacutepicamente se obtienen eficiencias
entre 50 y 60 Otras ventajas adicionales de los sistemas BCP son
Produccioacuten de fluidos altamente viscosos (2000-500000) centipoises
La inversioacuten de capital es del orden del 50 al 25 del de las unidades
convencionales de bombeo dependiendo del tamantildeo debido a la
simplicidad y a las pequentildeas dimensiones del cabezal de accionamiento
Los costos operativos son tambieacuten mucho maacutes bajos Se sentildeala ahorros de
energiacutea de hasta 60 al 75 comparado con unidades convencionales de
bombeo eficiente El sistema de accionamiento es tambieacuten eficiente a
causa de que la varillas de bombeo no se levantan y bajan solo giran
Los costos de transporte son tambieacuten miacutenimos la unidad completa puede
ser transportada con una camioneta
Opera eficientemente con arena debido a la resiliencia del material del
estator y al mecanismo de bombeo
La presencia de gas no bloquea la bomba pero el gas libre a la succioacuten
resta parte de su capacidad como sucede con cualquier bomba causando
una aparente ineficiencia
Amplio rango de produccioacuten para cada modelo rangos de velocidades
recomendados desde 25 hasta 500 RPM lo que da una relacioacuten de 20 a 1
en los caudales obtenidos Este rango se puede obtener sin cambio de
equipo
La ausencia de pulsaciones en la formacioacuten cercana al pozo generaraacute
menor produccioacuten de arena de yacimientos no consolidados La produccioacuten
de flujo constante hacen maacutes faacutecil la instrumentacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 7
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El esfuerzo constante en la sarta con movimientos miacutenimos disminuye el
riesgo de fallas por fatiga y la pesca de varillas de bombeo
Su pequentildeo tamantildeo y limitado uso de espacio en superficies hacen que la
unidad BPC sea perfectamente adecuada para locaciones con pozos
muacuteltiples y plataformas de produccioacuten costa fuera
El bajo nivel de ruido y pequentildeo impacto visual la hace ideal para aacutereas
urbanas
Ausencia de partes reciprocantes evitando bloqueo o desgaste de las
partes moacuteviles
Simple instalacioacuten y operacioacuten
La simplicidad del equipo permite mejorar el bombeo de una gran variedad
de fluidos
Puede ser regulada la tasa de bombeo seguacuten las exigencias del pozo
mediante la variacioacuten de la rotacioacuten en el cabezal accionado esto se
efectuacutea con simples cambios de polea o mediante un vareador de rotacioacuten
Bombea con iacutendices de presioacuten interna inferior al de las bombas
alternativas lo que significa menor flujo en la columna del pozo para
alimentarla pudiendo succionar a una presioacuten atmosfeacuterica
La produccioacuten del pozo puede ser controlada mediante el simple cambio de
rotacioacuten y esta se efectuacutea mediante el cambio de poleas o usando vareador
de velocidad
Al contrario del sistema alternativo el PCP presenta un torque constante en
la sarta de bombeo dentro del pozo tienen menos friccioacuten reduciendo
significativamente el consumo de energiacutea llegando a economizar hasta
50 la energiacutea comparado con otros meacutetodos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 8
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los sistemas PCP puede alcanzar altas tasa de bombeo eliminado la
necesidad de cambiar el equipo cuando las condiciones de los pozos
disminuyen o prestan variaciones en la produccioacuten
El tamantildeo menor peso permite economizar el transporte y aligera su
instalacioacuten
A diferencia del sistema alternativo este meacutetodo no ofrece riesgos de
accidente
Las roscas de liacutenea API permiten una conexioacuten directa sin necesidad de
adaptaciones al mudar el sistema de los pozos de alternativas al PCP
La simplicidad del equipo reduce costos en mantenimiento de lubricacioacuten y
reemplazo de partes
Tipos e aromaacuteticos comunes encontrados en petroacuteleo xileno benceno
tolueno a porcentajes no mayores de 3
Desventajas Del Sistema PCP
Los sistemas BCP tambieacuten tienen algunas desventajas en comparacioacuten con los
otros meacutetodos La maacutes significativa de estas limitaciones se refiere a las
capacidades de desplazamiento y levantamiento de la bomba asiacute como la
compatibilidad de los elastoacutemeros con ciertos fluidos producidos especialmente
con el contenido de componentes aromaacuteticos A continuacioacuten se presentan varias
de las desventajas de los sistemas BCP
Resistencia a la temperatura de hasta 280degF o 138degC (maacutexima de 350degF
o 178degC)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 9
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastoacutemeros pueden hincharse
o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por periacuteodos
prolongados de tiempo)
Tendencia del estator a dantildeo considerable cuando la bomba trabaja en
seco por periacuteodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se
obstruye la succioacuten de la bomba el equipo comienza a trabajar en
seco)
Desgaste por contacto entre las varillas y la cantildeeriacutea de produccioacuten en
pozos direccionales y horizontales
Requieren la remocioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten para sustituir la
bomba (ya sea por falla por adecuacioacuten o por cambio de sistema)
Sin embargo estas limitaciones estaacuten siendo superadas cada diacutea con el desarrollo
de nuevos productos y el mejoramiento de los materiales y disentildeo de los equipos
En su aplicacioacuten correcta los sistemas de bombeo por cavidades progresivas
proveen el maacutes econoacutemico meacutetodo de levantamiento artificial si se configura y
opera apropiadamente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 10
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA
Una Bomba de cavidad progresiva consiste en una bomba de desplazamiento
positivo engranada en forma espiral cuyos componentes principales son EL rotor
y el estator El rotor que es la uacutenica parte movible de la bomba es una pieza de
metal pulido de alta resistencia con forma de heacutelice simple o doble El estator es
una heacutelice doble o triple de elastoacutemero sinteacutetico con el mismo diaacutemetro del rotor
adherido permanentemente a un tubo de acero Este tubo se encuentra conectado
a la tuberiacutea de produccioacuten El crudo es desplazado en forma continua entre los
filamentos de tornillo del rotor y desplazado axialmente mientras que el tornillo
rota
Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir
manejar altos voluacutemenes de gas soacutelidos en suspensioacuten y cortes de agua asiacute
como tambieacuten es ideal para manejar crudos de mediano y bajo Grado API
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 11
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La bomba consta de dos heacutelices una dentro de la otra el estator con una heacutelice
interna doble y el rotor con una heacutelice externa simple Cuando el rotor se inserta
dentro del estator se forman dos cadenas de cavidades progresivas bien
delimitadas y aisladas A medida que el rotor gira estas cavidades se desplazan a
lo largo del eje de la bomba desde la admisioacuten en el extremo inferior hasta la
descarga en el extremo superior transportando de este modo el fluido del pozo
hasta la tuberiacutea de produccioacuten
DESPLAZAMIENTO ROTOR - ESTATOR
A grandes rasgos la bomba de cavidades
progresivas (BCP) estaacute compuesta por el
Rotor y el Estator El rotor es accionado
desde la superficie por un sistema impulsor
que transmite el movimiento rotativo a la
sarta de Cabilla la cual a su vez se
encuentra conectada al rotor El Estator es el
componente estaacutetico de la bomba y contiene un
poliacutemero de alto peso molecular con la capacidad de deformacioacuten y recuperacioacuten
elaacutestica llamado elastoacutemero
El estator y el rotor no son conceacutentricos como se muestra en la figura 1 y el
movimiento del rotor es combinado uno rotacional sobre su propio eje y otro
rotacional (en direccioacuten opuesto a su propio eje) alrededor del eje del estator
El principio de funcionamiento de la BCP estaacute basado en el principio ideado por su
creador de Reneacute Moineau la BCP utiliza un rotor de forma helicoidal de n+1
loacutebulos Las dimensiones del Rotor y del Estator estaacuten disentildeadas de manera que
producen una interferencia definiendo asiacute las cavidades
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 12
Movimiento Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea del conjunto es tal que forma una serie de cavidades ideacutenticas y
separadas entre siacute Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades
se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succioacuten) hasta la descarga
generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas Debido a que
las cavidades estaacuten hidraacuteulicamente selladas entre siacute el tipo de bombeo es de
desplazamiento helicoidal (desplazamiento positivo)
La geometria del sello helicoidal formado por el rotor y el estator estan definidos
por los siguientes parametros
una seccioacuten transversal de una BCP convencional (1 x 2 loacutebulo) donde se
observa como el diaacutemetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad
produciendo la interferencia (i) que crea ello
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 13
Geometriacutea sello helicoidal entre Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seccioacuten transversal de una BCP
muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicioacuten de la
cavidad formada entre el Rotor y el Estator Note que en un mismo plano
transversal siempre pueden definirse dos cavidades y que el aacuterea de estas dos
cavidades se complementa es decir cuando una es maacutexima la otra es miacutenima de
modo que el aacuterea transversal total es siempre constante
Disposicioacuten de las cavidades en una BCP en 3D
GEOMETRIA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 14
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 15
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 16
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 17
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 18
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INTRODUCCION
Las reservas de petroacuteleo liviano estaacuten comenzando a declinar poco a poco y las
de crudo pesado y bituacutemenes de Grado API (10-223) o menor se iraacuten
transformando en posesiones muy valiosas Estas reservas se encuentran
presentes en paiacuteses como Argentina (cuenca del golfo de San Jorge) Venezuela
(Faja de Orinoco que tiene los depoacutesitos maacutes grandes del mundo) Estados
Unidos-California Canadaacute y otros paiacuteses donde los reservas de petroacuteleo pesado
son menores
Es muy importante que el ingeniero de produccioacuten conozca las alternativas
disponibles cuando le corresponda disentildear o seleccionar un sistema de
levantamiento artificial debido a que en un proceso de produccioacuten de
hidrocarburos existen diferentes teacutecnicas para llevar los fluidos contenidos en una
formacioacuten desde el subsuelo hasta la superficie
Es de intereacutes mencionar que cuando el yacimiento tiene la suficiente energiacutea para
levantar estos fluidos hasta la superficie se dice que el pozo produce en forma
natural Cuando esto no es posible es decir el yacimiento solo tiene la presioacuten
necesaria para levantar los fluidos hasta cierto nivel dentro del pozo es necesaria
la instalacioacuten de un sistema de levantamiento artificial que adicione presioacuten para
poder llevar los fluidos hasta la superficie
El propoacutesito de los meacutetodos de levantamiento artificial es minimizar los
requerimientos de energiacutea en la cara de la formacioacuten productora con el objeto de
maximizar el diferencial de presioacuten a traveacutes del yacimiento y provocar de esta
manera la mayor afluencia de fluidos El sistema de levantamiento artificial por
bombeo de cavidad progresiva es una bomba de desplazamiento rotativo positivo
Esa bomba es accionada desde la superficie por medio de cabillas que transmiten
la energiacutea a traveacutes de un motor eleacutectrico ubicado en la superficie Este sistema se
adapta en particular a fluidos viscosos pesados auacuten si estos transportan
partiacuteculas soacutelidas yo flujos bifaacutesicos de gas y petroacuteleo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 3
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los meacutetodos de levantamiento artificial maacutes comunes al comienzo de la industria
petrolera eran bombeo mecaacutenico convencional (BMC) para crudos pesados y
levantamiento por gas (GL) para crudos medianos y livianos Posteriormente
comienza la aplicacioacuten en campo de meacutetodos no convencionales tales como el
bombeo electro sumergible (BES) y el bombeo por cavidades progresivas (BCP)
El desarrollo de este trabajo se enfatizaraacute totalmente sobre este uacuteltimo el cual es
muy utilizado en la industria petrolera por los beneficios que genera su aplicacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 4
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
OBJETIVOS
Identificar las ventajas que aporta el uso de las Bombas de Cavidades
Progresivas en la recuperacioacuten de petroacuteleos pesados
Conocer los principios fiacutesicos el funcionamiento la instalacioacuten en superficie
y en fondo las especificaciones y dimensionamiento del equipo
Reconocer las caracteriacutesticas de este mecanismo tanto en costo en tiempo
y en cuanto a recuperacioacuten de crudo
Describir el disentildeo de la bomba detallando los pasos a seguir para calcular
y analizar las variables de una instalacioacuten de bombeo por Cavidades
Progresivas
Evaluacioacuten financiera
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 5
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Marco Teoacuterico
Antecedentes
Las bombas de cavidades progresivas (BCP) representan un meacutetodo de
Levantamiento Artificial de crudos pesados medianos y livianos que ofrece una
amplia versatilidad alta eficiencia y bajo costo La geometriacutea simple de este tipo
de bombas constituidas principalmente por un rotor metaacutelico y un estator
elastomeacuterico le confieren al sistema tales ventajas
Las bombas de desplazamiento positivo se caracterizan por ofrecer un caudal
constante (teoacutericamente) aunque se variacutee la presioacuten de descarga de la misma lo
que representa una de las mayores ventajas de este tipo de bombas
Adicionalmente mediante la tecnologiacutea de cavidades progresivas se pueden
bombear fluidos con contenidos de agua arena y parafinas
Los esfuerzos realizados en investigacioacuten y desarrollo de bombas de cavidades
progresivas han permitido desarrollar sistemas con elevada capacidad de
produccioacuten y levantamiento Es fundamental que se realice una adecuada
seleccioacuten del material elastomeacuterico para garantizar un buen desempentildeo de la
bomba por lo que este meacutetodo de levantamiento artificial depende
considerablemente de la disponibilidad de materiales elastomeacutericos para manejar
fluidos de diversa naturaleza quiacutemica
Algunas fallas presentadas por los estatores elastomeacutericos de las bombas de
cavidades progresivas (BCP) justifican la necesidad de identificar las causas de
dichas fallas y establecer los controles necesarios sobre criterios de seleccioacuten
disentildeo e instalacioacuten de bombas en las completaciones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 6
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas del sistema PCP
Los sistemas BCP tienen algunas caracteriacutesticas uacutenicas que los hacen ventajosos
con respecto a otros meacutetodos de levantamiento artificial una de sus cualidades
maacutes importantes es su alta eficiencia total Tiacutepicamente se obtienen eficiencias
entre 50 y 60 Otras ventajas adicionales de los sistemas BCP son
Produccioacuten de fluidos altamente viscosos (2000-500000) centipoises
La inversioacuten de capital es del orden del 50 al 25 del de las unidades
convencionales de bombeo dependiendo del tamantildeo debido a la
simplicidad y a las pequentildeas dimensiones del cabezal de accionamiento
Los costos operativos son tambieacuten mucho maacutes bajos Se sentildeala ahorros de
energiacutea de hasta 60 al 75 comparado con unidades convencionales de
bombeo eficiente El sistema de accionamiento es tambieacuten eficiente a
causa de que la varillas de bombeo no se levantan y bajan solo giran
Los costos de transporte son tambieacuten miacutenimos la unidad completa puede
ser transportada con una camioneta
Opera eficientemente con arena debido a la resiliencia del material del
estator y al mecanismo de bombeo
La presencia de gas no bloquea la bomba pero el gas libre a la succioacuten
resta parte de su capacidad como sucede con cualquier bomba causando
una aparente ineficiencia
Amplio rango de produccioacuten para cada modelo rangos de velocidades
recomendados desde 25 hasta 500 RPM lo que da una relacioacuten de 20 a 1
en los caudales obtenidos Este rango se puede obtener sin cambio de
equipo
La ausencia de pulsaciones en la formacioacuten cercana al pozo generaraacute
menor produccioacuten de arena de yacimientos no consolidados La produccioacuten
de flujo constante hacen maacutes faacutecil la instrumentacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 7
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El esfuerzo constante en la sarta con movimientos miacutenimos disminuye el
riesgo de fallas por fatiga y la pesca de varillas de bombeo
Su pequentildeo tamantildeo y limitado uso de espacio en superficies hacen que la
unidad BPC sea perfectamente adecuada para locaciones con pozos
muacuteltiples y plataformas de produccioacuten costa fuera
El bajo nivel de ruido y pequentildeo impacto visual la hace ideal para aacutereas
urbanas
Ausencia de partes reciprocantes evitando bloqueo o desgaste de las
partes moacuteviles
Simple instalacioacuten y operacioacuten
La simplicidad del equipo permite mejorar el bombeo de una gran variedad
de fluidos
Puede ser regulada la tasa de bombeo seguacuten las exigencias del pozo
mediante la variacioacuten de la rotacioacuten en el cabezal accionado esto se
efectuacutea con simples cambios de polea o mediante un vareador de rotacioacuten
Bombea con iacutendices de presioacuten interna inferior al de las bombas
alternativas lo que significa menor flujo en la columna del pozo para
alimentarla pudiendo succionar a una presioacuten atmosfeacuterica
La produccioacuten del pozo puede ser controlada mediante el simple cambio de
rotacioacuten y esta se efectuacutea mediante el cambio de poleas o usando vareador
de velocidad
Al contrario del sistema alternativo el PCP presenta un torque constante en
la sarta de bombeo dentro del pozo tienen menos friccioacuten reduciendo
significativamente el consumo de energiacutea llegando a economizar hasta
50 la energiacutea comparado con otros meacutetodos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 8
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los sistemas PCP puede alcanzar altas tasa de bombeo eliminado la
necesidad de cambiar el equipo cuando las condiciones de los pozos
disminuyen o prestan variaciones en la produccioacuten
El tamantildeo menor peso permite economizar el transporte y aligera su
instalacioacuten
A diferencia del sistema alternativo este meacutetodo no ofrece riesgos de
accidente
Las roscas de liacutenea API permiten una conexioacuten directa sin necesidad de
adaptaciones al mudar el sistema de los pozos de alternativas al PCP
La simplicidad del equipo reduce costos en mantenimiento de lubricacioacuten y
reemplazo de partes
Tipos e aromaacuteticos comunes encontrados en petroacuteleo xileno benceno
tolueno a porcentajes no mayores de 3
Desventajas Del Sistema PCP
Los sistemas BCP tambieacuten tienen algunas desventajas en comparacioacuten con los
otros meacutetodos La maacutes significativa de estas limitaciones se refiere a las
capacidades de desplazamiento y levantamiento de la bomba asiacute como la
compatibilidad de los elastoacutemeros con ciertos fluidos producidos especialmente
con el contenido de componentes aromaacuteticos A continuacioacuten se presentan varias
de las desventajas de los sistemas BCP
Resistencia a la temperatura de hasta 280degF o 138degC (maacutexima de 350degF
o 178degC)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 9
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastoacutemeros pueden hincharse
o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por periacuteodos
prolongados de tiempo)
Tendencia del estator a dantildeo considerable cuando la bomba trabaja en
seco por periacuteodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se
obstruye la succioacuten de la bomba el equipo comienza a trabajar en
seco)
Desgaste por contacto entre las varillas y la cantildeeriacutea de produccioacuten en
pozos direccionales y horizontales
Requieren la remocioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten para sustituir la
bomba (ya sea por falla por adecuacioacuten o por cambio de sistema)
Sin embargo estas limitaciones estaacuten siendo superadas cada diacutea con el desarrollo
de nuevos productos y el mejoramiento de los materiales y disentildeo de los equipos
En su aplicacioacuten correcta los sistemas de bombeo por cavidades progresivas
proveen el maacutes econoacutemico meacutetodo de levantamiento artificial si se configura y
opera apropiadamente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 10
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA
Una Bomba de cavidad progresiva consiste en una bomba de desplazamiento
positivo engranada en forma espiral cuyos componentes principales son EL rotor
y el estator El rotor que es la uacutenica parte movible de la bomba es una pieza de
metal pulido de alta resistencia con forma de heacutelice simple o doble El estator es
una heacutelice doble o triple de elastoacutemero sinteacutetico con el mismo diaacutemetro del rotor
adherido permanentemente a un tubo de acero Este tubo se encuentra conectado
a la tuberiacutea de produccioacuten El crudo es desplazado en forma continua entre los
filamentos de tornillo del rotor y desplazado axialmente mientras que el tornillo
rota
Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir
manejar altos voluacutemenes de gas soacutelidos en suspensioacuten y cortes de agua asiacute
como tambieacuten es ideal para manejar crudos de mediano y bajo Grado API
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 11
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La bomba consta de dos heacutelices una dentro de la otra el estator con una heacutelice
interna doble y el rotor con una heacutelice externa simple Cuando el rotor se inserta
dentro del estator se forman dos cadenas de cavidades progresivas bien
delimitadas y aisladas A medida que el rotor gira estas cavidades se desplazan a
lo largo del eje de la bomba desde la admisioacuten en el extremo inferior hasta la
descarga en el extremo superior transportando de este modo el fluido del pozo
hasta la tuberiacutea de produccioacuten
DESPLAZAMIENTO ROTOR - ESTATOR
A grandes rasgos la bomba de cavidades
progresivas (BCP) estaacute compuesta por el
Rotor y el Estator El rotor es accionado
desde la superficie por un sistema impulsor
que transmite el movimiento rotativo a la
sarta de Cabilla la cual a su vez se
encuentra conectada al rotor El Estator es el
componente estaacutetico de la bomba y contiene un
poliacutemero de alto peso molecular con la capacidad de deformacioacuten y recuperacioacuten
elaacutestica llamado elastoacutemero
El estator y el rotor no son conceacutentricos como se muestra en la figura 1 y el
movimiento del rotor es combinado uno rotacional sobre su propio eje y otro
rotacional (en direccioacuten opuesto a su propio eje) alrededor del eje del estator
El principio de funcionamiento de la BCP estaacute basado en el principio ideado por su
creador de Reneacute Moineau la BCP utiliza un rotor de forma helicoidal de n+1
loacutebulos Las dimensiones del Rotor y del Estator estaacuten disentildeadas de manera que
producen una interferencia definiendo asiacute las cavidades
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Movimiento Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea del conjunto es tal que forma una serie de cavidades ideacutenticas y
separadas entre siacute Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades
se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succioacuten) hasta la descarga
generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas Debido a que
las cavidades estaacuten hidraacuteulicamente selladas entre siacute el tipo de bombeo es de
desplazamiento helicoidal (desplazamiento positivo)
La geometria del sello helicoidal formado por el rotor y el estator estan definidos
por los siguientes parametros
una seccioacuten transversal de una BCP convencional (1 x 2 loacutebulo) donde se
observa como el diaacutemetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad
produciendo la interferencia (i) que crea ello
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Geometriacutea sello helicoidal entre Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seccioacuten transversal de una BCP
muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicioacuten de la
cavidad formada entre el Rotor y el Estator Note que en un mismo plano
transversal siempre pueden definirse dos cavidades y que el aacuterea de estas dos
cavidades se complementa es decir cuando una es maacutexima la otra es miacutenima de
modo que el aacuterea transversal total es siempre constante
Disposicioacuten de las cavidades en una BCP en 3D
GEOMETRIA
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
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Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 59
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 63
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los meacutetodos de levantamiento artificial maacutes comunes al comienzo de la industria
petrolera eran bombeo mecaacutenico convencional (BMC) para crudos pesados y
levantamiento por gas (GL) para crudos medianos y livianos Posteriormente
comienza la aplicacioacuten en campo de meacutetodos no convencionales tales como el
bombeo electro sumergible (BES) y el bombeo por cavidades progresivas (BCP)
El desarrollo de este trabajo se enfatizaraacute totalmente sobre este uacuteltimo el cual es
muy utilizado en la industria petrolera por los beneficios que genera su aplicacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 4
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
OBJETIVOS
Identificar las ventajas que aporta el uso de las Bombas de Cavidades
Progresivas en la recuperacioacuten de petroacuteleos pesados
Conocer los principios fiacutesicos el funcionamiento la instalacioacuten en superficie
y en fondo las especificaciones y dimensionamiento del equipo
Reconocer las caracteriacutesticas de este mecanismo tanto en costo en tiempo
y en cuanto a recuperacioacuten de crudo
Describir el disentildeo de la bomba detallando los pasos a seguir para calcular
y analizar las variables de una instalacioacuten de bombeo por Cavidades
Progresivas
Evaluacioacuten financiera
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 5
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Marco Teoacuterico
Antecedentes
Las bombas de cavidades progresivas (BCP) representan un meacutetodo de
Levantamiento Artificial de crudos pesados medianos y livianos que ofrece una
amplia versatilidad alta eficiencia y bajo costo La geometriacutea simple de este tipo
de bombas constituidas principalmente por un rotor metaacutelico y un estator
elastomeacuterico le confieren al sistema tales ventajas
Las bombas de desplazamiento positivo se caracterizan por ofrecer un caudal
constante (teoacutericamente) aunque se variacutee la presioacuten de descarga de la misma lo
que representa una de las mayores ventajas de este tipo de bombas
Adicionalmente mediante la tecnologiacutea de cavidades progresivas se pueden
bombear fluidos con contenidos de agua arena y parafinas
Los esfuerzos realizados en investigacioacuten y desarrollo de bombas de cavidades
progresivas han permitido desarrollar sistemas con elevada capacidad de
produccioacuten y levantamiento Es fundamental que se realice una adecuada
seleccioacuten del material elastomeacuterico para garantizar un buen desempentildeo de la
bomba por lo que este meacutetodo de levantamiento artificial depende
considerablemente de la disponibilidad de materiales elastomeacutericos para manejar
fluidos de diversa naturaleza quiacutemica
Algunas fallas presentadas por los estatores elastomeacutericos de las bombas de
cavidades progresivas (BCP) justifican la necesidad de identificar las causas de
dichas fallas y establecer los controles necesarios sobre criterios de seleccioacuten
disentildeo e instalacioacuten de bombas en las completaciones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 6
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas del sistema PCP
Los sistemas BCP tienen algunas caracteriacutesticas uacutenicas que los hacen ventajosos
con respecto a otros meacutetodos de levantamiento artificial una de sus cualidades
maacutes importantes es su alta eficiencia total Tiacutepicamente se obtienen eficiencias
entre 50 y 60 Otras ventajas adicionales de los sistemas BCP son
Produccioacuten de fluidos altamente viscosos (2000-500000) centipoises
La inversioacuten de capital es del orden del 50 al 25 del de las unidades
convencionales de bombeo dependiendo del tamantildeo debido a la
simplicidad y a las pequentildeas dimensiones del cabezal de accionamiento
Los costos operativos son tambieacuten mucho maacutes bajos Se sentildeala ahorros de
energiacutea de hasta 60 al 75 comparado con unidades convencionales de
bombeo eficiente El sistema de accionamiento es tambieacuten eficiente a
causa de que la varillas de bombeo no se levantan y bajan solo giran
Los costos de transporte son tambieacuten miacutenimos la unidad completa puede
ser transportada con una camioneta
Opera eficientemente con arena debido a la resiliencia del material del
estator y al mecanismo de bombeo
La presencia de gas no bloquea la bomba pero el gas libre a la succioacuten
resta parte de su capacidad como sucede con cualquier bomba causando
una aparente ineficiencia
Amplio rango de produccioacuten para cada modelo rangos de velocidades
recomendados desde 25 hasta 500 RPM lo que da una relacioacuten de 20 a 1
en los caudales obtenidos Este rango se puede obtener sin cambio de
equipo
La ausencia de pulsaciones en la formacioacuten cercana al pozo generaraacute
menor produccioacuten de arena de yacimientos no consolidados La produccioacuten
de flujo constante hacen maacutes faacutecil la instrumentacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 7
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El esfuerzo constante en la sarta con movimientos miacutenimos disminuye el
riesgo de fallas por fatiga y la pesca de varillas de bombeo
Su pequentildeo tamantildeo y limitado uso de espacio en superficies hacen que la
unidad BPC sea perfectamente adecuada para locaciones con pozos
muacuteltiples y plataformas de produccioacuten costa fuera
El bajo nivel de ruido y pequentildeo impacto visual la hace ideal para aacutereas
urbanas
Ausencia de partes reciprocantes evitando bloqueo o desgaste de las
partes moacuteviles
Simple instalacioacuten y operacioacuten
La simplicidad del equipo permite mejorar el bombeo de una gran variedad
de fluidos
Puede ser regulada la tasa de bombeo seguacuten las exigencias del pozo
mediante la variacioacuten de la rotacioacuten en el cabezal accionado esto se
efectuacutea con simples cambios de polea o mediante un vareador de rotacioacuten
Bombea con iacutendices de presioacuten interna inferior al de las bombas
alternativas lo que significa menor flujo en la columna del pozo para
alimentarla pudiendo succionar a una presioacuten atmosfeacuterica
La produccioacuten del pozo puede ser controlada mediante el simple cambio de
rotacioacuten y esta se efectuacutea mediante el cambio de poleas o usando vareador
de velocidad
Al contrario del sistema alternativo el PCP presenta un torque constante en
la sarta de bombeo dentro del pozo tienen menos friccioacuten reduciendo
significativamente el consumo de energiacutea llegando a economizar hasta
50 la energiacutea comparado con otros meacutetodos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 8
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los sistemas PCP puede alcanzar altas tasa de bombeo eliminado la
necesidad de cambiar el equipo cuando las condiciones de los pozos
disminuyen o prestan variaciones en la produccioacuten
El tamantildeo menor peso permite economizar el transporte y aligera su
instalacioacuten
A diferencia del sistema alternativo este meacutetodo no ofrece riesgos de
accidente
Las roscas de liacutenea API permiten una conexioacuten directa sin necesidad de
adaptaciones al mudar el sistema de los pozos de alternativas al PCP
La simplicidad del equipo reduce costos en mantenimiento de lubricacioacuten y
reemplazo de partes
Tipos e aromaacuteticos comunes encontrados en petroacuteleo xileno benceno
tolueno a porcentajes no mayores de 3
Desventajas Del Sistema PCP
Los sistemas BCP tambieacuten tienen algunas desventajas en comparacioacuten con los
otros meacutetodos La maacutes significativa de estas limitaciones se refiere a las
capacidades de desplazamiento y levantamiento de la bomba asiacute como la
compatibilidad de los elastoacutemeros con ciertos fluidos producidos especialmente
con el contenido de componentes aromaacuteticos A continuacioacuten se presentan varias
de las desventajas de los sistemas BCP
Resistencia a la temperatura de hasta 280degF o 138degC (maacutexima de 350degF
o 178degC)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 9
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastoacutemeros pueden hincharse
o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por periacuteodos
prolongados de tiempo)
Tendencia del estator a dantildeo considerable cuando la bomba trabaja en
seco por periacuteodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se
obstruye la succioacuten de la bomba el equipo comienza a trabajar en
seco)
Desgaste por contacto entre las varillas y la cantildeeriacutea de produccioacuten en
pozos direccionales y horizontales
Requieren la remocioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten para sustituir la
bomba (ya sea por falla por adecuacioacuten o por cambio de sistema)
Sin embargo estas limitaciones estaacuten siendo superadas cada diacutea con el desarrollo
de nuevos productos y el mejoramiento de los materiales y disentildeo de los equipos
En su aplicacioacuten correcta los sistemas de bombeo por cavidades progresivas
proveen el maacutes econoacutemico meacutetodo de levantamiento artificial si se configura y
opera apropiadamente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 10
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA
Una Bomba de cavidad progresiva consiste en una bomba de desplazamiento
positivo engranada en forma espiral cuyos componentes principales son EL rotor
y el estator El rotor que es la uacutenica parte movible de la bomba es una pieza de
metal pulido de alta resistencia con forma de heacutelice simple o doble El estator es
una heacutelice doble o triple de elastoacutemero sinteacutetico con el mismo diaacutemetro del rotor
adherido permanentemente a un tubo de acero Este tubo se encuentra conectado
a la tuberiacutea de produccioacuten El crudo es desplazado en forma continua entre los
filamentos de tornillo del rotor y desplazado axialmente mientras que el tornillo
rota
Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir
manejar altos voluacutemenes de gas soacutelidos en suspensioacuten y cortes de agua asiacute
como tambieacuten es ideal para manejar crudos de mediano y bajo Grado API
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 11
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La bomba consta de dos heacutelices una dentro de la otra el estator con una heacutelice
interna doble y el rotor con una heacutelice externa simple Cuando el rotor se inserta
dentro del estator se forman dos cadenas de cavidades progresivas bien
delimitadas y aisladas A medida que el rotor gira estas cavidades se desplazan a
lo largo del eje de la bomba desde la admisioacuten en el extremo inferior hasta la
descarga en el extremo superior transportando de este modo el fluido del pozo
hasta la tuberiacutea de produccioacuten
DESPLAZAMIENTO ROTOR - ESTATOR
A grandes rasgos la bomba de cavidades
progresivas (BCP) estaacute compuesta por el
Rotor y el Estator El rotor es accionado
desde la superficie por un sistema impulsor
que transmite el movimiento rotativo a la
sarta de Cabilla la cual a su vez se
encuentra conectada al rotor El Estator es el
componente estaacutetico de la bomba y contiene un
poliacutemero de alto peso molecular con la capacidad de deformacioacuten y recuperacioacuten
elaacutestica llamado elastoacutemero
El estator y el rotor no son conceacutentricos como se muestra en la figura 1 y el
movimiento del rotor es combinado uno rotacional sobre su propio eje y otro
rotacional (en direccioacuten opuesto a su propio eje) alrededor del eje del estator
El principio de funcionamiento de la BCP estaacute basado en el principio ideado por su
creador de Reneacute Moineau la BCP utiliza un rotor de forma helicoidal de n+1
loacutebulos Las dimensiones del Rotor y del Estator estaacuten disentildeadas de manera que
producen una interferencia definiendo asiacute las cavidades
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 12
Movimiento Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea del conjunto es tal que forma una serie de cavidades ideacutenticas y
separadas entre siacute Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades
se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succioacuten) hasta la descarga
generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas Debido a que
las cavidades estaacuten hidraacuteulicamente selladas entre siacute el tipo de bombeo es de
desplazamiento helicoidal (desplazamiento positivo)
La geometria del sello helicoidal formado por el rotor y el estator estan definidos
por los siguientes parametros
una seccioacuten transversal de una BCP convencional (1 x 2 loacutebulo) donde se
observa como el diaacutemetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad
produciendo la interferencia (i) que crea ello
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 13
Geometriacutea sello helicoidal entre Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seccioacuten transversal de una BCP
muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicioacuten de la
cavidad formada entre el Rotor y el Estator Note que en un mismo plano
transversal siempre pueden definirse dos cavidades y que el aacuterea de estas dos
cavidades se complementa es decir cuando una es maacutexima la otra es miacutenima de
modo que el aacuterea transversal total es siempre constante
Disposicioacuten de las cavidades en una BCP en 3D
GEOMETRIA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 14
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 15
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 16
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 18
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 19
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 20
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 22
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 23
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 54
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 55
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 56
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 57
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 59
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 63
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 67
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 78
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
OBJETIVOS
Identificar las ventajas que aporta el uso de las Bombas de Cavidades
Progresivas en la recuperacioacuten de petroacuteleos pesados
Conocer los principios fiacutesicos el funcionamiento la instalacioacuten en superficie
y en fondo las especificaciones y dimensionamiento del equipo
Reconocer las caracteriacutesticas de este mecanismo tanto en costo en tiempo
y en cuanto a recuperacioacuten de crudo
Describir el disentildeo de la bomba detallando los pasos a seguir para calcular
y analizar las variables de una instalacioacuten de bombeo por Cavidades
Progresivas
Evaluacioacuten financiera
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Marco Teoacuterico
Antecedentes
Las bombas de cavidades progresivas (BCP) representan un meacutetodo de
Levantamiento Artificial de crudos pesados medianos y livianos que ofrece una
amplia versatilidad alta eficiencia y bajo costo La geometriacutea simple de este tipo
de bombas constituidas principalmente por un rotor metaacutelico y un estator
elastomeacuterico le confieren al sistema tales ventajas
Las bombas de desplazamiento positivo se caracterizan por ofrecer un caudal
constante (teoacutericamente) aunque se variacutee la presioacuten de descarga de la misma lo
que representa una de las mayores ventajas de este tipo de bombas
Adicionalmente mediante la tecnologiacutea de cavidades progresivas se pueden
bombear fluidos con contenidos de agua arena y parafinas
Los esfuerzos realizados en investigacioacuten y desarrollo de bombas de cavidades
progresivas han permitido desarrollar sistemas con elevada capacidad de
produccioacuten y levantamiento Es fundamental que se realice una adecuada
seleccioacuten del material elastomeacuterico para garantizar un buen desempentildeo de la
bomba por lo que este meacutetodo de levantamiento artificial depende
considerablemente de la disponibilidad de materiales elastomeacutericos para manejar
fluidos de diversa naturaleza quiacutemica
Algunas fallas presentadas por los estatores elastomeacutericos de las bombas de
cavidades progresivas (BCP) justifican la necesidad de identificar las causas de
dichas fallas y establecer los controles necesarios sobre criterios de seleccioacuten
disentildeo e instalacioacuten de bombas en las completaciones
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Ventajas del sistema PCP
Los sistemas BCP tienen algunas caracteriacutesticas uacutenicas que los hacen ventajosos
con respecto a otros meacutetodos de levantamiento artificial una de sus cualidades
maacutes importantes es su alta eficiencia total Tiacutepicamente se obtienen eficiencias
entre 50 y 60 Otras ventajas adicionales de los sistemas BCP son
Produccioacuten de fluidos altamente viscosos (2000-500000) centipoises
La inversioacuten de capital es del orden del 50 al 25 del de las unidades
convencionales de bombeo dependiendo del tamantildeo debido a la
simplicidad y a las pequentildeas dimensiones del cabezal de accionamiento
Los costos operativos son tambieacuten mucho maacutes bajos Se sentildeala ahorros de
energiacutea de hasta 60 al 75 comparado con unidades convencionales de
bombeo eficiente El sistema de accionamiento es tambieacuten eficiente a
causa de que la varillas de bombeo no se levantan y bajan solo giran
Los costos de transporte son tambieacuten miacutenimos la unidad completa puede
ser transportada con una camioneta
Opera eficientemente con arena debido a la resiliencia del material del
estator y al mecanismo de bombeo
La presencia de gas no bloquea la bomba pero el gas libre a la succioacuten
resta parte de su capacidad como sucede con cualquier bomba causando
una aparente ineficiencia
Amplio rango de produccioacuten para cada modelo rangos de velocidades
recomendados desde 25 hasta 500 RPM lo que da una relacioacuten de 20 a 1
en los caudales obtenidos Este rango se puede obtener sin cambio de
equipo
La ausencia de pulsaciones en la formacioacuten cercana al pozo generaraacute
menor produccioacuten de arena de yacimientos no consolidados La produccioacuten
de flujo constante hacen maacutes faacutecil la instrumentacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El esfuerzo constante en la sarta con movimientos miacutenimos disminuye el
riesgo de fallas por fatiga y la pesca de varillas de bombeo
Su pequentildeo tamantildeo y limitado uso de espacio en superficies hacen que la
unidad BPC sea perfectamente adecuada para locaciones con pozos
muacuteltiples y plataformas de produccioacuten costa fuera
El bajo nivel de ruido y pequentildeo impacto visual la hace ideal para aacutereas
urbanas
Ausencia de partes reciprocantes evitando bloqueo o desgaste de las
partes moacuteviles
Simple instalacioacuten y operacioacuten
La simplicidad del equipo permite mejorar el bombeo de una gran variedad
de fluidos
Puede ser regulada la tasa de bombeo seguacuten las exigencias del pozo
mediante la variacioacuten de la rotacioacuten en el cabezal accionado esto se
efectuacutea con simples cambios de polea o mediante un vareador de rotacioacuten
Bombea con iacutendices de presioacuten interna inferior al de las bombas
alternativas lo que significa menor flujo en la columna del pozo para
alimentarla pudiendo succionar a una presioacuten atmosfeacuterica
La produccioacuten del pozo puede ser controlada mediante el simple cambio de
rotacioacuten y esta se efectuacutea mediante el cambio de poleas o usando vareador
de velocidad
Al contrario del sistema alternativo el PCP presenta un torque constante en
la sarta de bombeo dentro del pozo tienen menos friccioacuten reduciendo
significativamente el consumo de energiacutea llegando a economizar hasta
50 la energiacutea comparado con otros meacutetodos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los sistemas PCP puede alcanzar altas tasa de bombeo eliminado la
necesidad de cambiar el equipo cuando las condiciones de los pozos
disminuyen o prestan variaciones en la produccioacuten
El tamantildeo menor peso permite economizar el transporte y aligera su
instalacioacuten
A diferencia del sistema alternativo este meacutetodo no ofrece riesgos de
accidente
Las roscas de liacutenea API permiten una conexioacuten directa sin necesidad de
adaptaciones al mudar el sistema de los pozos de alternativas al PCP
La simplicidad del equipo reduce costos en mantenimiento de lubricacioacuten y
reemplazo de partes
Tipos e aromaacuteticos comunes encontrados en petroacuteleo xileno benceno
tolueno a porcentajes no mayores de 3
Desventajas Del Sistema PCP
Los sistemas BCP tambieacuten tienen algunas desventajas en comparacioacuten con los
otros meacutetodos La maacutes significativa de estas limitaciones se refiere a las
capacidades de desplazamiento y levantamiento de la bomba asiacute como la
compatibilidad de los elastoacutemeros con ciertos fluidos producidos especialmente
con el contenido de componentes aromaacuteticos A continuacioacuten se presentan varias
de las desventajas de los sistemas BCP
Resistencia a la temperatura de hasta 280degF o 138degC (maacutexima de 350degF
o 178degC)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastoacutemeros pueden hincharse
o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por periacuteodos
prolongados de tiempo)
Tendencia del estator a dantildeo considerable cuando la bomba trabaja en
seco por periacuteodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se
obstruye la succioacuten de la bomba el equipo comienza a trabajar en
seco)
Desgaste por contacto entre las varillas y la cantildeeriacutea de produccioacuten en
pozos direccionales y horizontales
Requieren la remocioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten para sustituir la
bomba (ya sea por falla por adecuacioacuten o por cambio de sistema)
Sin embargo estas limitaciones estaacuten siendo superadas cada diacutea con el desarrollo
de nuevos productos y el mejoramiento de los materiales y disentildeo de los equipos
En su aplicacioacuten correcta los sistemas de bombeo por cavidades progresivas
proveen el maacutes econoacutemico meacutetodo de levantamiento artificial si se configura y
opera apropiadamente
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA
Una Bomba de cavidad progresiva consiste en una bomba de desplazamiento
positivo engranada en forma espiral cuyos componentes principales son EL rotor
y el estator El rotor que es la uacutenica parte movible de la bomba es una pieza de
metal pulido de alta resistencia con forma de heacutelice simple o doble El estator es
una heacutelice doble o triple de elastoacutemero sinteacutetico con el mismo diaacutemetro del rotor
adherido permanentemente a un tubo de acero Este tubo se encuentra conectado
a la tuberiacutea de produccioacuten El crudo es desplazado en forma continua entre los
filamentos de tornillo del rotor y desplazado axialmente mientras que el tornillo
rota
Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir
manejar altos voluacutemenes de gas soacutelidos en suspensioacuten y cortes de agua asiacute
como tambieacuten es ideal para manejar crudos de mediano y bajo Grado API
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La bomba consta de dos heacutelices una dentro de la otra el estator con una heacutelice
interna doble y el rotor con una heacutelice externa simple Cuando el rotor se inserta
dentro del estator se forman dos cadenas de cavidades progresivas bien
delimitadas y aisladas A medida que el rotor gira estas cavidades se desplazan a
lo largo del eje de la bomba desde la admisioacuten en el extremo inferior hasta la
descarga en el extremo superior transportando de este modo el fluido del pozo
hasta la tuberiacutea de produccioacuten
DESPLAZAMIENTO ROTOR - ESTATOR
A grandes rasgos la bomba de cavidades
progresivas (BCP) estaacute compuesta por el
Rotor y el Estator El rotor es accionado
desde la superficie por un sistema impulsor
que transmite el movimiento rotativo a la
sarta de Cabilla la cual a su vez se
encuentra conectada al rotor El Estator es el
componente estaacutetico de la bomba y contiene un
poliacutemero de alto peso molecular con la capacidad de deformacioacuten y recuperacioacuten
elaacutestica llamado elastoacutemero
El estator y el rotor no son conceacutentricos como se muestra en la figura 1 y el
movimiento del rotor es combinado uno rotacional sobre su propio eje y otro
rotacional (en direccioacuten opuesto a su propio eje) alrededor del eje del estator
El principio de funcionamiento de la BCP estaacute basado en el principio ideado por su
creador de Reneacute Moineau la BCP utiliza un rotor de forma helicoidal de n+1
loacutebulos Las dimensiones del Rotor y del Estator estaacuten disentildeadas de manera que
producen una interferencia definiendo asiacute las cavidades
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Movimiento Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea del conjunto es tal que forma una serie de cavidades ideacutenticas y
separadas entre siacute Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades
se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succioacuten) hasta la descarga
generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas Debido a que
las cavidades estaacuten hidraacuteulicamente selladas entre siacute el tipo de bombeo es de
desplazamiento helicoidal (desplazamiento positivo)
La geometria del sello helicoidal formado por el rotor y el estator estan definidos
por los siguientes parametros
una seccioacuten transversal de una BCP convencional (1 x 2 loacutebulo) donde se
observa como el diaacutemetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad
produciendo la interferencia (i) que crea ello
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Geometriacutea sello helicoidal entre Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seccioacuten transversal de una BCP
muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicioacuten de la
cavidad formada entre el Rotor y el Estator Note que en un mismo plano
transversal siempre pueden definirse dos cavidades y que el aacuterea de estas dos
cavidades se complementa es decir cuando una es maacutexima la otra es miacutenima de
modo que el aacuterea transversal total es siempre constante
Disposicioacuten de las cavidades en una BCP en 3D
GEOMETRIA
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 52
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 56
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Marco Teoacuterico
Antecedentes
Las bombas de cavidades progresivas (BCP) representan un meacutetodo de
Levantamiento Artificial de crudos pesados medianos y livianos que ofrece una
amplia versatilidad alta eficiencia y bajo costo La geometriacutea simple de este tipo
de bombas constituidas principalmente por un rotor metaacutelico y un estator
elastomeacuterico le confieren al sistema tales ventajas
Las bombas de desplazamiento positivo se caracterizan por ofrecer un caudal
constante (teoacutericamente) aunque se variacutee la presioacuten de descarga de la misma lo
que representa una de las mayores ventajas de este tipo de bombas
Adicionalmente mediante la tecnologiacutea de cavidades progresivas se pueden
bombear fluidos con contenidos de agua arena y parafinas
Los esfuerzos realizados en investigacioacuten y desarrollo de bombas de cavidades
progresivas han permitido desarrollar sistemas con elevada capacidad de
produccioacuten y levantamiento Es fundamental que se realice una adecuada
seleccioacuten del material elastomeacuterico para garantizar un buen desempentildeo de la
bomba por lo que este meacutetodo de levantamiento artificial depende
considerablemente de la disponibilidad de materiales elastomeacutericos para manejar
fluidos de diversa naturaleza quiacutemica
Algunas fallas presentadas por los estatores elastomeacutericos de las bombas de
cavidades progresivas (BCP) justifican la necesidad de identificar las causas de
dichas fallas y establecer los controles necesarios sobre criterios de seleccioacuten
disentildeo e instalacioacuten de bombas en las completaciones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 6
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas del sistema PCP
Los sistemas BCP tienen algunas caracteriacutesticas uacutenicas que los hacen ventajosos
con respecto a otros meacutetodos de levantamiento artificial una de sus cualidades
maacutes importantes es su alta eficiencia total Tiacutepicamente se obtienen eficiencias
entre 50 y 60 Otras ventajas adicionales de los sistemas BCP son
Produccioacuten de fluidos altamente viscosos (2000-500000) centipoises
La inversioacuten de capital es del orden del 50 al 25 del de las unidades
convencionales de bombeo dependiendo del tamantildeo debido a la
simplicidad y a las pequentildeas dimensiones del cabezal de accionamiento
Los costos operativos son tambieacuten mucho maacutes bajos Se sentildeala ahorros de
energiacutea de hasta 60 al 75 comparado con unidades convencionales de
bombeo eficiente El sistema de accionamiento es tambieacuten eficiente a
causa de que la varillas de bombeo no se levantan y bajan solo giran
Los costos de transporte son tambieacuten miacutenimos la unidad completa puede
ser transportada con una camioneta
Opera eficientemente con arena debido a la resiliencia del material del
estator y al mecanismo de bombeo
La presencia de gas no bloquea la bomba pero el gas libre a la succioacuten
resta parte de su capacidad como sucede con cualquier bomba causando
una aparente ineficiencia
Amplio rango de produccioacuten para cada modelo rangos de velocidades
recomendados desde 25 hasta 500 RPM lo que da una relacioacuten de 20 a 1
en los caudales obtenidos Este rango se puede obtener sin cambio de
equipo
La ausencia de pulsaciones en la formacioacuten cercana al pozo generaraacute
menor produccioacuten de arena de yacimientos no consolidados La produccioacuten
de flujo constante hacen maacutes faacutecil la instrumentacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El esfuerzo constante en la sarta con movimientos miacutenimos disminuye el
riesgo de fallas por fatiga y la pesca de varillas de bombeo
Su pequentildeo tamantildeo y limitado uso de espacio en superficies hacen que la
unidad BPC sea perfectamente adecuada para locaciones con pozos
muacuteltiples y plataformas de produccioacuten costa fuera
El bajo nivel de ruido y pequentildeo impacto visual la hace ideal para aacutereas
urbanas
Ausencia de partes reciprocantes evitando bloqueo o desgaste de las
partes moacuteviles
Simple instalacioacuten y operacioacuten
La simplicidad del equipo permite mejorar el bombeo de una gran variedad
de fluidos
Puede ser regulada la tasa de bombeo seguacuten las exigencias del pozo
mediante la variacioacuten de la rotacioacuten en el cabezal accionado esto se
efectuacutea con simples cambios de polea o mediante un vareador de rotacioacuten
Bombea con iacutendices de presioacuten interna inferior al de las bombas
alternativas lo que significa menor flujo en la columna del pozo para
alimentarla pudiendo succionar a una presioacuten atmosfeacuterica
La produccioacuten del pozo puede ser controlada mediante el simple cambio de
rotacioacuten y esta se efectuacutea mediante el cambio de poleas o usando vareador
de velocidad
Al contrario del sistema alternativo el PCP presenta un torque constante en
la sarta de bombeo dentro del pozo tienen menos friccioacuten reduciendo
significativamente el consumo de energiacutea llegando a economizar hasta
50 la energiacutea comparado con otros meacutetodos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 8
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los sistemas PCP puede alcanzar altas tasa de bombeo eliminado la
necesidad de cambiar el equipo cuando las condiciones de los pozos
disminuyen o prestan variaciones en la produccioacuten
El tamantildeo menor peso permite economizar el transporte y aligera su
instalacioacuten
A diferencia del sistema alternativo este meacutetodo no ofrece riesgos de
accidente
Las roscas de liacutenea API permiten una conexioacuten directa sin necesidad de
adaptaciones al mudar el sistema de los pozos de alternativas al PCP
La simplicidad del equipo reduce costos en mantenimiento de lubricacioacuten y
reemplazo de partes
Tipos e aromaacuteticos comunes encontrados en petroacuteleo xileno benceno
tolueno a porcentajes no mayores de 3
Desventajas Del Sistema PCP
Los sistemas BCP tambieacuten tienen algunas desventajas en comparacioacuten con los
otros meacutetodos La maacutes significativa de estas limitaciones se refiere a las
capacidades de desplazamiento y levantamiento de la bomba asiacute como la
compatibilidad de los elastoacutemeros con ciertos fluidos producidos especialmente
con el contenido de componentes aromaacuteticos A continuacioacuten se presentan varias
de las desventajas de los sistemas BCP
Resistencia a la temperatura de hasta 280degF o 138degC (maacutexima de 350degF
o 178degC)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastoacutemeros pueden hincharse
o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por periacuteodos
prolongados de tiempo)
Tendencia del estator a dantildeo considerable cuando la bomba trabaja en
seco por periacuteodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se
obstruye la succioacuten de la bomba el equipo comienza a trabajar en
seco)
Desgaste por contacto entre las varillas y la cantildeeriacutea de produccioacuten en
pozos direccionales y horizontales
Requieren la remocioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten para sustituir la
bomba (ya sea por falla por adecuacioacuten o por cambio de sistema)
Sin embargo estas limitaciones estaacuten siendo superadas cada diacutea con el desarrollo
de nuevos productos y el mejoramiento de los materiales y disentildeo de los equipos
En su aplicacioacuten correcta los sistemas de bombeo por cavidades progresivas
proveen el maacutes econoacutemico meacutetodo de levantamiento artificial si se configura y
opera apropiadamente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 10
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA
Una Bomba de cavidad progresiva consiste en una bomba de desplazamiento
positivo engranada en forma espiral cuyos componentes principales son EL rotor
y el estator El rotor que es la uacutenica parte movible de la bomba es una pieza de
metal pulido de alta resistencia con forma de heacutelice simple o doble El estator es
una heacutelice doble o triple de elastoacutemero sinteacutetico con el mismo diaacutemetro del rotor
adherido permanentemente a un tubo de acero Este tubo se encuentra conectado
a la tuberiacutea de produccioacuten El crudo es desplazado en forma continua entre los
filamentos de tornillo del rotor y desplazado axialmente mientras que el tornillo
rota
Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir
manejar altos voluacutemenes de gas soacutelidos en suspensioacuten y cortes de agua asiacute
como tambieacuten es ideal para manejar crudos de mediano y bajo Grado API
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 11
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La bomba consta de dos heacutelices una dentro de la otra el estator con una heacutelice
interna doble y el rotor con una heacutelice externa simple Cuando el rotor se inserta
dentro del estator se forman dos cadenas de cavidades progresivas bien
delimitadas y aisladas A medida que el rotor gira estas cavidades se desplazan a
lo largo del eje de la bomba desde la admisioacuten en el extremo inferior hasta la
descarga en el extremo superior transportando de este modo el fluido del pozo
hasta la tuberiacutea de produccioacuten
DESPLAZAMIENTO ROTOR - ESTATOR
A grandes rasgos la bomba de cavidades
progresivas (BCP) estaacute compuesta por el
Rotor y el Estator El rotor es accionado
desde la superficie por un sistema impulsor
que transmite el movimiento rotativo a la
sarta de Cabilla la cual a su vez se
encuentra conectada al rotor El Estator es el
componente estaacutetico de la bomba y contiene un
poliacutemero de alto peso molecular con la capacidad de deformacioacuten y recuperacioacuten
elaacutestica llamado elastoacutemero
El estator y el rotor no son conceacutentricos como se muestra en la figura 1 y el
movimiento del rotor es combinado uno rotacional sobre su propio eje y otro
rotacional (en direccioacuten opuesto a su propio eje) alrededor del eje del estator
El principio de funcionamiento de la BCP estaacute basado en el principio ideado por su
creador de Reneacute Moineau la BCP utiliza un rotor de forma helicoidal de n+1
loacutebulos Las dimensiones del Rotor y del Estator estaacuten disentildeadas de manera que
producen una interferencia definiendo asiacute las cavidades
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 12
Movimiento Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea del conjunto es tal que forma una serie de cavidades ideacutenticas y
separadas entre siacute Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades
se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succioacuten) hasta la descarga
generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas Debido a que
las cavidades estaacuten hidraacuteulicamente selladas entre siacute el tipo de bombeo es de
desplazamiento helicoidal (desplazamiento positivo)
La geometria del sello helicoidal formado por el rotor y el estator estan definidos
por los siguientes parametros
una seccioacuten transversal de una BCP convencional (1 x 2 loacutebulo) donde se
observa como el diaacutemetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad
produciendo la interferencia (i) que crea ello
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 13
Geometriacutea sello helicoidal entre Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seccioacuten transversal de una BCP
muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicioacuten de la
cavidad formada entre el Rotor y el Estator Note que en un mismo plano
transversal siempre pueden definirse dos cavidades y que el aacuterea de estas dos
cavidades se complementa es decir cuando una es maacutexima la otra es miacutenima de
modo que el aacuterea transversal total es siempre constante
Disposicioacuten de las cavidades en una BCP en 3D
GEOMETRIA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 14
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 15
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 16
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 17
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 18
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 19
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 20
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 22
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 23
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 52
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 53
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas del sistema PCP
Los sistemas BCP tienen algunas caracteriacutesticas uacutenicas que los hacen ventajosos
con respecto a otros meacutetodos de levantamiento artificial una de sus cualidades
maacutes importantes es su alta eficiencia total Tiacutepicamente se obtienen eficiencias
entre 50 y 60 Otras ventajas adicionales de los sistemas BCP son
Produccioacuten de fluidos altamente viscosos (2000-500000) centipoises
La inversioacuten de capital es del orden del 50 al 25 del de las unidades
convencionales de bombeo dependiendo del tamantildeo debido a la
simplicidad y a las pequentildeas dimensiones del cabezal de accionamiento
Los costos operativos son tambieacuten mucho maacutes bajos Se sentildeala ahorros de
energiacutea de hasta 60 al 75 comparado con unidades convencionales de
bombeo eficiente El sistema de accionamiento es tambieacuten eficiente a
causa de que la varillas de bombeo no se levantan y bajan solo giran
Los costos de transporte son tambieacuten miacutenimos la unidad completa puede
ser transportada con una camioneta
Opera eficientemente con arena debido a la resiliencia del material del
estator y al mecanismo de bombeo
La presencia de gas no bloquea la bomba pero el gas libre a la succioacuten
resta parte de su capacidad como sucede con cualquier bomba causando
una aparente ineficiencia
Amplio rango de produccioacuten para cada modelo rangos de velocidades
recomendados desde 25 hasta 500 RPM lo que da una relacioacuten de 20 a 1
en los caudales obtenidos Este rango se puede obtener sin cambio de
equipo
La ausencia de pulsaciones en la formacioacuten cercana al pozo generaraacute
menor produccioacuten de arena de yacimientos no consolidados La produccioacuten
de flujo constante hacen maacutes faacutecil la instrumentacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 7
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El esfuerzo constante en la sarta con movimientos miacutenimos disminuye el
riesgo de fallas por fatiga y la pesca de varillas de bombeo
Su pequentildeo tamantildeo y limitado uso de espacio en superficies hacen que la
unidad BPC sea perfectamente adecuada para locaciones con pozos
muacuteltiples y plataformas de produccioacuten costa fuera
El bajo nivel de ruido y pequentildeo impacto visual la hace ideal para aacutereas
urbanas
Ausencia de partes reciprocantes evitando bloqueo o desgaste de las
partes moacuteviles
Simple instalacioacuten y operacioacuten
La simplicidad del equipo permite mejorar el bombeo de una gran variedad
de fluidos
Puede ser regulada la tasa de bombeo seguacuten las exigencias del pozo
mediante la variacioacuten de la rotacioacuten en el cabezal accionado esto se
efectuacutea con simples cambios de polea o mediante un vareador de rotacioacuten
Bombea con iacutendices de presioacuten interna inferior al de las bombas
alternativas lo que significa menor flujo en la columna del pozo para
alimentarla pudiendo succionar a una presioacuten atmosfeacuterica
La produccioacuten del pozo puede ser controlada mediante el simple cambio de
rotacioacuten y esta se efectuacutea mediante el cambio de poleas o usando vareador
de velocidad
Al contrario del sistema alternativo el PCP presenta un torque constante en
la sarta de bombeo dentro del pozo tienen menos friccioacuten reduciendo
significativamente el consumo de energiacutea llegando a economizar hasta
50 la energiacutea comparado con otros meacutetodos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 8
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los sistemas PCP puede alcanzar altas tasa de bombeo eliminado la
necesidad de cambiar el equipo cuando las condiciones de los pozos
disminuyen o prestan variaciones en la produccioacuten
El tamantildeo menor peso permite economizar el transporte y aligera su
instalacioacuten
A diferencia del sistema alternativo este meacutetodo no ofrece riesgos de
accidente
Las roscas de liacutenea API permiten una conexioacuten directa sin necesidad de
adaptaciones al mudar el sistema de los pozos de alternativas al PCP
La simplicidad del equipo reduce costos en mantenimiento de lubricacioacuten y
reemplazo de partes
Tipos e aromaacuteticos comunes encontrados en petroacuteleo xileno benceno
tolueno a porcentajes no mayores de 3
Desventajas Del Sistema PCP
Los sistemas BCP tambieacuten tienen algunas desventajas en comparacioacuten con los
otros meacutetodos La maacutes significativa de estas limitaciones se refiere a las
capacidades de desplazamiento y levantamiento de la bomba asiacute como la
compatibilidad de los elastoacutemeros con ciertos fluidos producidos especialmente
con el contenido de componentes aromaacuteticos A continuacioacuten se presentan varias
de las desventajas de los sistemas BCP
Resistencia a la temperatura de hasta 280degF o 138degC (maacutexima de 350degF
o 178degC)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 9
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastoacutemeros pueden hincharse
o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por periacuteodos
prolongados de tiempo)
Tendencia del estator a dantildeo considerable cuando la bomba trabaja en
seco por periacuteodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se
obstruye la succioacuten de la bomba el equipo comienza a trabajar en
seco)
Desgaste por contacto entre las varillas y la cantildeeriacutea de produccioacuten en
pozos direccionales y horizontales
Requieren la remocioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten para sustituir la
bomba (ya sea por falla por adecuacioacuten o por cambio de sistema)
Sin embargo estas limitaciones estaacuten siendo superadas cada diacutea con el desarrollo
de nuevos productos y el mejoramiento de los materiales y disentildeo de los equipos
En su aplicacioacuten correcta los sistemas de bombeo por cavidades progresivas
proveen el maacutes econoacutemico meacutetodo de levantamiento artificial si se configura y
opera apropiadamente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 10
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA
Una Bomba de cavidad progresiva consiste en una bomba de desplazamiento
positivo engranada en forma espiral cuyos componentes principales son EL rotor
y el estator El rotor que es la uacutenica parte movible de la bomba es una pieza de
metal pulido de alta resistencia con forma de heacutelice simple o doble El estator es
una heacutelice doble o triple de elastoacutemero sinteacutetico con el mismo diaacutemetro del rotor
adherido permanentemente a un tubo de acero Este tubo se encuentra conectado
a la tuberiacutea de produccioacuten El crudo es desplazado en forma continua entre los
filamentos de tornillo del rotor y desplazado axialmente mientras que el tornillo
rota
Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir
manejar altos voluacutemenes de gas soacutelidos en suspensioacuten y cortes de agua asiacute
como tambieacuten es ideal para manejar crudos de mediano y bajo Grado API
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 11
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La bomba consta de dos heacutelices una dentro de la otra el estator con una heacutelice
interna doble y el rotor con una heacutelice externa simple Cuando el rotor se inserta
dentro del estator se forman dos cadenas de cavidades progresivas bien
delimitadas y aisladas A medida que el rotor gira estas cavidades se desplazan a
lo largo del eje de la bomba desde la admisioacuten en el extremo inferior hasta la
descarga en el extremo superior transportando de este modo el fluido del pozo
hasta la tuberiacutea de produccioacuten
DESPLAZAMIENTO ROTOR - ESTATOR
A grandes rasgos la bomba de cavidades
progresivas (BCP) estaacute compuesta por el
Rotor y el Estator El rotor es accionado
desde la superficie por un sistema impulsor
que transmite el movimiento rotativo a la
sarta de Cabilla la cual a su vez se
encuentra conectada al rotor El Estator es el
componente estaacutetico de la bomba y contiene un
poliacutemero de alto peso molecular con la capacidad de deformacioacuten y recuperacioacuten
elaacutestica llamado elastoacutemero
El estator y el rotor no son conceacutentricos como se muestra en la figura 1 y el
movimiento del rotor es combinado uno rotacional sobre su propio eje y otro
rotacional (en direccioacuten opuesto a su propio eje) alrededor del eje del estator
El principio de funcionamiento de la BCP estaacute basado en el principio ideado por su
creador de Reneacute Moineau la BCP utiliza un rotor de forma helicoidal de n+1
loacutebulos Las dimensiones del Rotor y del Estator estaacuten disentildeadas de manera que
producen una interferencia definiendo asiacute las cavidades
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 12
Movimiento Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea del conjunto es tal que forma una serie de cavidades ideacutenticas y
separadas entre siacute Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades
se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succioacuten) hasta la descarga
generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas Debido a que
las cavidades estaacuten hidraacuteulicamente selladas entre siacute el tipo de bombeo es de
desplazamiento helicoidal (desplazamiento positivo)
La geometria del sello helicoidal formado por el rotor y el estator estan definidos
por los siguientes parametros
una seccioacuten transversal de una BCP convencional (1 x 2 loacutebulo) donde se
observa como el diaacutemetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad
produciendo la interferencia (i) que crea ello
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 13
Geometriacutea sello helicoidal entre Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seccioacuten transversal de una BCP
muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicioacuten de la
cavidad formada entre el Rotor y el Estator Note que en un mismo plano
transversal siempre pueden definirse dos cavidades y que el aacuterea de estas dos
cavidades se complementa es decir cuando una es maacutexima la otra es miacutenima de
modo que el aacuterea transversal total es siempre constante
Disposicioacuten de las cavidades en una BCP en 3D
GEOMETRIA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 14
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 15
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 16
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 17
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 18
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 19
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 20
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 22
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 23
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El esfuerzo constante en la sarta con movimientos miacutenimos disminuye el
riesgo de fallas por fatiga y la pesca de varillas de bombeo
Su pequentildeo tamantildeo y limitado uso de espacio en superficies hacen que la
unidad BPC sea perfectamente adecuada para locaciones con pozos
muacuteltiples y plataformas de produccioacuten costa fuera
El bajo nivel de ruido y pequentildeo impacto visual la hace ideal para aacutereas
urbanas
Ausencia de partes reciprocantes evitando bloqueo o desgaste de las
partes moacuteviles
Simple instalacioacuten y operacioacuten
La simplicidad del equipo permite mejorar el bombeo de una gran variedad
de fluidos
Puede ser regulada la tasa de bombeo seguacuten las exigencias del pozo
mediante la variacioacuten de la rotacioacuten en el cabezal accionado esto se
efectuacutea con simples cambios de polea o mediante un vareador de rotacioacuten
Bombea con iacutendices de presioacuten interna inferior al de las bombas
alternativas lo que significa menor flujo en la columna del pozo para
alimentarla pudiendo succionar a una presioacuten atmosfeacuterica
La produccioacuten del pozo puede ser controlada mediante el simple cambio de
rotacioacuten y esta se efectuacutea mediante el cambio de poleas o usando vareador
de velocidad
Al contrario del sistema alternativo el PCP presenta un torque constante en
la sarta de bombeo dentro del pozo tienen menos friccioacuten reduciendo
significativamente el consumo de energiacutea llegando a economizar hasta
50 la energiacutea comparado con otros meacutetodos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 8
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los sistemas PCP puede alcanzar altas tasa de bombeo eliminado la
necesidad de cambiar el equipo cuando las condiciones de los pozos
disminuyen o prestan variaciones en la produccioacuten
El tamantildeo menor peso permite economizar el transporte y aligera su
instalacioacuten
A diferencia del sistema alternativo este meacutetodo no ofrece riesgos de
accidente
Las roscas de liacutenea API permiten una conexioacuten directa sin necesidad de
adaptaciones al mudar el sistema de los pozos de alternativas al PCP
La simplicidad del equipo reduce costos en mantenimiento de lubricacioacuten y
reemplazo de partes
Tipos e aromaacuteticos comunes encontrados en petroacuteleo xileno benceno
tolueno a porcentajes no mayores de 3
Desventajas Del Sistema PCP
Los sistemas BCP tambieacuten tienen algunas desventajas en comparacioacuten con los
otros meacutetodos La maacutes significativa de estas limitaciones se refiere a las
capacidades de desplazamiento y levantamiento de la bomba asiacute como la
compatibilidad de los elastoacutemeros con ciertos fluidos producidos especialmente
con el contenido de componentes aromaacuteticos A continuacioacuten se presentan varias
de las desventajas de los sistemas BCP
Resistencia a la temperatura de hasta 280degF o 138degC (maacutexima de 350degF
o 178degC)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 9
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastoacutemeros pueden hincharse
o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por periacuteodos
prolongados de tiempo)
Tendencia del estator a dantildeo considerable cuando la bomba trabaja en
seco por periacuteodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se
obstruye la succioacuten de la bomba el equipo comienza a trabajar en
seco)
Desgaste por contacto entre las varillas y la cantildeeriacutea de produccioacuten en
pozos direccionales y horizontales
Requieren la remocioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten para sustituir la
bomba (ya sea por falla por adecuacioacuten o por cambio de sistema)
Sin embargo estas limitaciones estaacuten siendo superadas cada diacutea con el desarrollo
de nuevos productos y el mejoramiento de los materiales y disentildeo de los equipos
En su aplicacioacuten correcta los sistemas de bombeo por cavidades progresivas
proveen el maacutes econoacutemico meacutetodo de levantamiento artificial si se configura y
opera apropiadamente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 10
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA
Una Bomba de cavidad progresiva consiste en una bomba de desplazamiento
positivo engranada en forma espiral cuyos componentes principales son EL rotor
y el estator El rotor que es la uacutenica parte movible de la bomba es una pieza de
metal pulido de alta resistencia con forma de heacutelice simple o doble El estator es
una heacutelice doble o triple de elastoacutemero sinteacutetico con el mismo diaacutemetro del rotor
adherido permanentemente a un tubo de acero Este tubo se encuentra conectado
a la tuberiacutea de produccioacuten El crudo es desplazado en forma continua entre los
filamentos de tornillo del rotor y desplazado axialmente mientras que el tornillo
rota
Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir
manejar altos voluacutemenes de gas soacutelidos en suspensioacuten y cortes de agua asiacute
como tambieacuten es ideal para manejar crudos de mediano y bajo Grado API
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 11
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La bomba consta de dos heacutelices una dentro de la otra el estator con una heacutelice
interna doble y el rotor con una heacutelice externa simple Cuando el rotor se inserta
dentro del estator se forman dos cadenas de cavidades progresivas bien
delimitadas y aisladas A medida que el rotor gira estas cavidades se desplazan a
lo largo del eje de la bomba desde la admisioacuten en el extremo inferior hasta la
descarga en el extremo superior transportando de este modo el fluido del pozo
hasta la tuberiacutea de produccioacuten
DESPLAZAMIENTO ROTOR - ESTATOR
A grandes rasgos la bomba de cavidades
progresivas (BCP) estaacute compuesta por el
Rotor y el Estator El rotor es accionado
desde la superficie por un sistema impulsor
que transmite el movimiento rotativo a la
sarta de Cabilla la cual a su vez se
encuentra conectada al rotor El Estator es el
componente estaacutetico de la bomba y contiene un
poliacutemero de alto peso molecular con la capacidad de deformacioacuten y recuperacioacuten
elaacutestica llamado elastoacutemero
El estator y el rotor no son conceacutentricos como se muestra en la figura 1 y el
movimiento del rotor es combinado uno rotacional sobre su propio eje y otro
rotacional (en direccioacuten opuesto a su propio eje) alrededor del eje del estator
El principio de funcionamiento de la BCP estaacute basado en el principio ideado por su
creador de Reneacute Moineau la BCP utiliza un rotor de forma helicoidal de n+1
loacutebulos Las dimensiones del Rotor y del Estator estaacuten disentildeadas de manera que
producen una interferencia definiendo asiacute las cavidades
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 12
Movimiento Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea del conjunto es tal que forma una serie de cavidades ideacutenticas y
separadas entre siacute Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades
se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succioacuten) hasta la descarga
generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas Debido a que
las cavidades estaacuten hidraacuteulicamente selladas entre siacute el tipo de bombeo es de
desplazamiento helicoidal (desplazamiento positivo)
La geometria del sello helicoidal formado por el rotor y el estator estan definidos
por los siguientes parametros
una seccioacuten transversal de una BCP convencional (1 x 2 loacutebulo) donde se
observa como el diaacutemetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad
produciendo la interferencia (i) que crea ello
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 13
Geometriacutea sello helicoidal entre Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seccioacuten transversal de una BCP
muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicioacuten de la
cavidad formada entre el Rotor y el Estator Note que en un mismo plano
transversal siempre pueden definirse dos cavidades y que el aacuterea de estas dos
cavidades se complementa es decir cuando una es maacutexima la otra es miacutenima de
modo que el aacuterea transversal total es siempre constante
Disposicioacuten de las cavidades en una BCP en 3D
GEOMETRIA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 14
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 15
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 16
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 17
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 18
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 19
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 20
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 22
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 23
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 67
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los sistemas PCP puede alcanzar altas tasa de bombeo eliminado la
necesidad de cambiar el equipo cuando las condiciones de los pozos
disminuyen o prestan variaciones en la produccioacuten
El tamantildeo menor peso permite economizar el transporte y aligera su
instalacioacuten
A diferencia del sistema alternativo este meacutetodo no ofrece riesgos de
accidente
Las roscas de liacutenea API permiten una conexioacuten directa sin necesidad de
adaptaciones al mudar el sistema de los pozos de alternativas al PCP
La simplicidad del equipo reduce costos en mantenimiento de lubricacioacuten y
reemplazo de partes
Tipos e aromaacuteticos comunes encontrados en petroacuteleo xileno benceno
tolueno a porcentajes no mayores de 3
Desventajas Del Sistema PCP
Los sistemas BCP tambieacuten tienen algunas desventajas en comparacioacuten con los
otros meacutetodos La maacutes significativa de estas limitaciones se refiere a las
capacidades de desplazamiento y levantamiento de la bomba asiacute como la
compatibilidad de los elastoacutemeros con ciertos fluidos producidos especialmente
con el contenido de componentes aromaacuteticos A continuacioacuten se presentan varias
de las desventajas de los sistemas BCP
Resistencia a la temperatura de hasta 280degF o 138degC (maacutexima de 350degF
o 178degC)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 9
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastoacutemeros pueden hincharse
o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por periacuteodos
prolongados de tiempo)
Tendencia del estator a dantildeo considerable cuando la bomba trabaja en
seco por periacuteodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se
obstruye la succioacuten de la bomba el equipo comienza a trabajar en
seco)
Desgaste por contacto entre las varillas y la cantildeeriacutea de produccioacuten en
pozos direccionales y horizontales
Requieren la remocioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten para sustituir la
bomba (ya sea por falla por adecuacioacuten o por cambio de sistema)
Sin embargo estas limitaciones estaacuten siendo superadas cada diacutea con el desarrollo
de nuevos productos y el mejoramiento de los materiales y disentildeo de los equipos
En su aplicacioacuten correcta los sistemas de bombeo por cavidades progresivas
proveen el maacutes econoacutemico meacutetodo de levantamiento artificial si se configura y
opera apropiadamente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 10
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA
Una Bomba de cavidad progresiva consiste en una bomba de desplazamiento
positivo engranada en forma espiral cuyos componentes principales son EL rotor
y el estator El rotor que es la uacutenica parte movible de la bomba es una pieza de
metal pulido de alta resistencia con forma de heacutelice simple o doble El estator es
una heacutelice doble o triple de elastoacutemero sinteacutetico con el mismo diaacutemetro del rotor
adherido permanentemente a un tubo de acero Este tubo se encuentra conectado
a la tuberiacutea de produccioacuten El crudo es desplazado en forma continua entre los
filamentos de tornillo del rotor y desplazado axialmente mientras que el tornillo
rota
Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir
manejar altos voluacutemenes de gas soacutelidos en suspensioacuten y cortes de agua asiacute
como tambieacuten es ideal para manejar crudos de mediano y bajo Grado API
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 11
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La bomba consta de dos heacutelices una dentro de la otra el estator con una heacutelice
interna doble y el rotor con una heacutelice externa simple Cuando el rotor se inserta
dentro del estator se forman dos cadenas de cavidades progresivas bien
delimitadas y aisladas A medida que el rotor gira estas cavidades se desplazan a
lo largo del eje de la bomba desde la admisioacuten en el extremo inferior hasta la
descarga en el extremo superior transportando de este modo el fluido del pozo
hasta la tuberiacutea de produccioacuten
DESPLAZAMIENTO ROTOR - ESTATOR
A grandes rasgos la bomba de cavidades
progresivas (BCP) estaacute compuesta por el
Rotor y el Estator El rotor es accionado
desde la superficie por un sistema impulsor
que transmite el movimiento rotativo a la
sarta de Cabilla la cual a su vez se
encuentra conectada al rotor El Estator es el
componente estaacutetico de la bomba y contiene un
poliacutemero de alto peso molecular con la capacidad de deformacioacuten y recuperacioacuten
elaacutestica llamado elastoacutemero
El estator y el rotor no son conceacutentricos como se muestra en la figura 1 y el
movimiento del rotor es combinado uno rotacional sobre su propio eje y otro
rotacional (en direccioacuten opuesto a su propio eje) alrededor del eje del estator
El principio de funcionamiento de la BCP estaacute basado en el principio ideado por su
creador de Reneacute Moineau la BCP utiliza un rotor de forma helicoidal de n+1
loacutebulos Las dimensiones del Rotor y del Estator estaacuten disentildeadas de manera que
producen una interferencia definiendo asiacute las cavidades
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 12
Movimiento Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea del conjunto es tal que forma una serie de cavidades ideacutenticas y
separadas entre siacute Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades
se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succioacuten) hasta la descarga
generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas Debido a que
las cavidades estaacuten hidraacuteulicamente selladas entre siacute el tipo de bombeo es de
desplazamiento helicoidal (desplazamiento positivo)
La geometria del sello helicoidal formado por el rotor y el estator estan definidos
por los siguientes parametros
una seccioacuten transversal de una BCP convencional (1 x 2 loacutebulo) donde se
observa como el diaacutemetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad
produciendo la interferencia (i) que crea ello
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 13
Geometriacutea sello helicoidal entre Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seccioacuten transversal de una BCP
muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicioacuten de la
cavidad formada entre el Rotor y el Estator Note que en un mismo plano
transversal siempre pueden definirse dos cavidades y que el aacuterea de estas dos
cavidades se complementa es decir cuando una es maacutexima la otra es miacutenima de
modo que el aacuterea transversal total es siempre constante
Disposicioacuten de las cavidades en una BCP en 3D
GEOMETRIA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 14
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 15
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 16
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 17
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 18
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 19
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 20
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 22
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 23
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastoacutemeros pueden hincharse
o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por periacuteodos
prolongados de tiempo)
Tendencia del estator a dantildeo considerable cuando la bomba trabaja en
seco por periacuteodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se
obstruye la succioacuten de la bomba el equipo comienza a trabajar en
seco)
Desgaste por contacto entre las varillas y la cantildeeriacutea de produccioacuten en
pozos direccionales y horizontales
Requieren la remocioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten para sustituir la
bomba (ya sea por falla por adecuacioacuten o por cambio de sistema)
Sin embargo estas limitaciones estaacuten siendo superadas cada diacutea con el desarrollo
de nuevos productos y el mejoramiento de los materiales y disentildeo de los equipos
En su aplicacioacuten correcta los sistemas de bombeo por cavidades progresivas
proveen el maacutes econoacutemico meacutetodo de levantamiento artificial si se configura y
opera apropiadamente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 10
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA
Una Bomba de cavidad progresiva consiste en una bomba de desplazamiento
positivo engranada en forma espiral cuyos componentes principales son EL rotor
y el estator El rotor que es la uacutenica parte movible de la bomba es una pieza de
metal pulido de alta resistencia con forma de heacutelice simple o doble El estator es
una heacutelice doble o triple de elastoacutemero sinteacutetico con el mismo diaacutemetro del rotor
adherido permanentemente a un tubo de acero Este tubo se encuentra conectado
a la tuberiacutea de produccioacuten El crudo es desplazado en forma continua entre los
filamentos de tornillo del rotor y desplazado axialmente mientras que el tornillo
rota
Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir
manejar altos voluacutemenes de gas soacutelidos en suspensioacuten y cortes de agua asiacute
como tambieacuten es ideal para manejar crudos de mediano y bajo Grado API
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 11
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La bomba consta de dos heacutelices una dentro de la otra el estator con una heacutelice
interna doble y el rotor con una heacutelice externa simple Cuando el rotor se inserta
dentro del estator se forman dos cadenas de cavidades progresivas bien
delimitadas y aisladas A medida que el rotor gira estas cavidades se desplazan a
lo largo del eje de la bomba desde la admisioacuten en el extremo inferior hasta la
descarga en el extremo superior transportando de este modo el fluido del pozo
hasta la tuberiacutea de produccioacuten
DESPLAZAMIENTO ROTOR - ESTATOR
A grandes rasgos la bomba de cavidades
progresivas (BCP) estaacute compuesta por el
Rotor y el Estator El rotor es accionado
desde la superficie por un sistema impulsor
que transmite el movimiento rotativo a la
sarta de Cabilla la cual a su vez se
encuentra conectada al rotor El Estator es el
componente estaacutetico de la bomba y contiene un
poliacutemero de alto peso molecular con la capacidad de deformacioacuten y recuperacioacuten
elaacutestica llamado elastoacutemero
El estator y el rotor no son conceacutentricos como se muestra en la figura 1 y el
movimiento del rotor es combinado uno rotacional sobre su propio eje y otro
rotacional (en direccioacuten opuesto a su propio eje) alrededor del eje del estator
El principio de funcionamiento de la BCP estaacute basado en el principio ideado por su
creador de Reneacute Moineau la BCP utiliza un rotor de forma helicoidal de n+1
loacutebulos Las dimensiones del Rotor y del Estator estaacuten disentildeadas de manera que
producen una interferencia definiendo asiacute las cavidades
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 12
Movimiento Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea del conjunto es tal que forma una serie de cavidades ideacutenticas y
separadas entre siacute Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades
se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succioacuten) hasta la descarga
generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas Debido a que
las cavidades estaacuten hidraacuteulicamente selladas entre siacute el tipo de bombeo es de
desplazamiento helicoidal (desplazamiento positivo)
La geometria del sello helicoidal formado por el rotor y el estator estan definidos
por los siguientes parametros
una seccioacuten transversal de una BCP convencional (1 x 2 loacutebulo) donde se
observa como el diaacutemetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad
produciendo la interferencia (i) que crea ello
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 13
Geometriacutea sello helicoidal entre Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seccioacuten transversal de una BCP
muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicioacuten de la
cavidad formada entre el Rotor y el Estator Note que en un mismo plano
transversal siempre pueden definirse dos cavidades y que el aacuterea de estas dos
cavidades se complementa es decir cuando una es maacutexima la otra es miacutenima de
modo que el aacuterea transversal total es siempre constante
Disposicioacuten de las cavidades en una BCP en 3D
GEOMETRIA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 14
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 15
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 16
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 17
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 18
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 19
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 20
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 22
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 23
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
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incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
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Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
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Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
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Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
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IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
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Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
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modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
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la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
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80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA
Una Bomba de cavidad progresiva consiste en una bomba de desplazamiento
positivo engranada en forma espiral cuyos componentes principales son EL rotor
y el estator El rotor que es la uacutenica parte movible de la bomba es una pieza de
metal pulido de alta resistencia con forma de heacutelice simple o doble El estator es
una heacutelice doble o triple de elastoacutemero sinteacutetico con el mismo diaacutemetro del rotor
adherido permanentemente a un tubo de acero Este tubo se encuentra conectado
a la tuberiacutea de produccioacuten El crudo es desplazado en forma continua entre los
filamentos de tornillo del rotor y desplazado axialmente mientras que el tornillo
rota
Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir
manejar altos voluacutemenes de gas soacutelidos en suspensioacuten y cortes de agua asiacute
como tambieacuten es ideal para manejar crudos de mediano y bajo Grado API
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 11
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La bomba consta de dos heacutelices una dentro de la otra el estator con una heacutelice
interna doble y el rotor con una heacutelice externa simple Cuando el rotor se inserta
dentro del estator se forman dos cadenas de cavidades progresivas bien
delimitadas y aisladas A medida que el rotor gira estas cavidades se desplazan a
lo largo del eje de la bomba desde la admisioacuten en el extremo inferior hasta la
descarga en el extremo superior transportando de este modo el fluido del pozo
hasta la tuberiacutea de produccioacuten
DESPLAZAMIENTO ROTOR - ESTATOR
A grandes rasgos la bomba de cavidades
progresivas (BCP) estaacute compuesta por el
Rotor y el Estator El rotor es accionado
desde la superficie por un sistema impulsor
que transmite el movimiento rotativo a la
sarta de Cabilla la cual a su vez se
encuentra conectada al rotor El Estator es el
componente estaacutetico de la bomba y contiene un
poliacutemero de alto peso molecular con la capacidad de deformacioacuten y recuperacioacuten
elaacutestica llamado elastoacutemero
El estator y el rotor no son conceacutentricos como se muestra en la figura 1 y el
movimiento del rotor es combinado uno rotacional sobre su propio eje y otro
rotacional (en direccioacuten opuesto a su propio eje) alrededor del eje del estator
El principio de funcionamiento de la BCP estaacute basado en el principio ideado por su
creador de Reneacute Moineau la BCP utiliza un rotor de forma helicoidal de n+1
loacutebulos Las dimensiones del Rotor y del Estator estaacuten disentildeadas de manera que
producen una interferencia definiendo asiacute las cavidades
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 12
Movimiento Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea del conjunto es tal que forma una serie de cavidades ideacutenticas y
separadas entre siacute Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades
se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succioacuten) hasta la descarga
generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas Debido a que
las cavidades estaacuten hidraacuteulicamente selladas entre siacute el tipo de bombeo es de
desplazamiento helicoidal (desplazamiento positivo)
La geometria del sello helicoidal formado por el rotor y el estator estan definidos
por los siguientes parametros
una seccioacuten transversal de una BCP convencional (1 x 2 loacutebulo) donde se
observa como el diaacutemetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad
produciendo la interferencia (i) que crea ello
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 13
Geometriacutea sello helicoidal entre Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seccioacuten transversal de una BCP
muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicioacuten de la
cavidad formada entre el Rotor y el Estator Note que en un mismo plano
transversal siempre pueden definirse dos cavidades y que el aacuterea de estas dos
cavidades se complementa es decir cuando una es maacutexima la otra es miacutenima de
modo que el aacuterea transversal total es siempre constante
Disposicioacuten de las cavidades en una BCP en 3D
GEOMETRIA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 14
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 15
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 16
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 17
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 18
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 19
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 20
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 22
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 23
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 52
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 53
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 54
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 55
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La bomba consta de dos heacutelices una dentro de la otra el estator con una heacutelice
interna doble y el rotor con una heacutelice externa simple Cuando el rotor se inserta
dentro del estator se forman dos cadenas de cavidades progresivas bien
delimitadas y aisladas A medida que el rotor gira estas cavidades se desplazan a
lo largo del eje de la bomba desde la admisioacuten en el extremo inferior hasta la
descarga en el extremo superior transportando de este modo el fluido del pozo
hasta la tuberiacutea de produccioacuten
DESPLAZAMIENTO ROTOR - ESTATOR
A grandes rasgos la bomba de cavidades
progresivas (BCP) estaacute compuesta por el
Rotor y el Estator El rotor es accionado
desde la superficie por un sistema impulsor
que transmite el movimiento rotativo a la
sarta de Cabilla la cual a su vez se
encuentra conectada al rotor El Estator es el
componente estaacutetico de la bomba y contiene un
poliacutemero de alto peso molecular con la capacidad de deformacioacuten y recuperacioacuten
elaacutestica llamado elastoacutemero
El estator y el rotor no son conceacutentricos como se muestra en la figura 1 y el
movimiento del rotor es combinado uno rotacional sobre su propio eje y otro
rotacional (en direccioacuten opuesto a su propio eje) alrededor del eje del estator
El principio de funcionamiento de la BCP estaacute basado en el principio ideado por su
creador de Reneacute Moineau la BCP utiliza un rotor de forma helicoidal de n+1
loacutebulos Las dimensiones del Rotor y del Estator estaacuten disentildeadas de manera que
producen una interferencia definiendo asiacute las cavidades
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 12
Movimiento Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea del conjunto es tal que forma una serie de cavidades ideacutenticas y
separadas entre siacute Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades
se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succioacuten) hasta la descarga
generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas Debido a que
las cavidades estaacuten hidraacuteulicamente selladas entre siacute el tipo de bombeo es de
desplazamiento helicoidal (desplazamiento positivo)
La geometria del sello helicoidal formado por el rotor y el estator estan definidos
por los siguientes parametros
una seccioacuten transversal de una BCP convencional (1 x 2 loacutebulo) donde se
observa como el diaacutemetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad
produciendo la interferencia (i) que crea ello
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 13
Geometriacutea sello helicoidal entre Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seccioacuten transversal de una BCP
muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicioacuten de la
cavidad formada entre el Rotor y el Estator Note que en un mismo plano
transversal siempre pueden definirse dos cavidades y que el aacuterea de estas dos
cavidades se complementa es decir cuando una es maacutexima la otra es miacutenima de
modo que el aacuterea transversal total es siempre constante
Disposicioacuten de las cavidades en una BCP en 3D
GEOMETRIA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 14
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 15
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 16
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 17
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 18
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 19
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 20
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 22
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 23
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 52
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 56
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 57
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea del conjunto es tal que forma una serie de cavidades ideacutenticas y
separadas entre siacute Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades
se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succioacuten) hasta la descarga
generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas Debido a que
las cavidades estaacuten hidraacuteulicamente selladas entre siacute el tipo de bombeo es de
desplazamiento helicoidal (desplazamiento positivo)
La geometria del sello helicoidal formado por el rotor y el estator estan definidos
por los siguientes parametros
una seccioacuten transversal de una BCP convencional (1 x 2 loacutebulo) donde se
observa como el diaacutemetro del rotor es un poco mayor que el ancho de la cavidad
produciendo la interferencia (i) que crea ello
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Geometriacutea sello helicoidal entre Estator y Rotor
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seccioacuten transversal de una BCP
muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicioacuten de la
cavidad formada entre el Rotor y el Estator Note que en un mismo plano
transversal siempre pueden definirse dos cavidades y que el aacuterea de estas dos
cavidades se complementa es decir cuando una es maacutexima la otra es miacutenima de
modo que el aacuterea transversal total es siempre constante
Disposicioacuten de las cavidades en una BCP en 3D
GEOMETRIA
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 23
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 53
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 54
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 55
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 56
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 57
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 59
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
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probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seccioacuten transversal de una BCP
muestra un dibujo tridimensional donde se aprecian la forma y posicioacuten de la
cavidad formada entre el Rotor y el Estator Note que en un mismo plano
transversal siempre pueden definirse dos cavidades y que el aacuterea de estas dos
cavidades se complementa es decir cuando una es maacutexima la otra es miacutenima de
modo que el aacuterea transversal total es siempre constante
Disposicioacuten de las cavidades en una BCP en 3D
GEOMETRIA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 14
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
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La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
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Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
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Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
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La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
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REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
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Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
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incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La geometriacutea de la bomba estaacute sujeta a la relacioacuten de loacutebulos entre rotor y estator
y estaacute definida por los siguientes paraacutemetros
Cada ciclo de rotacioacuten del rotor produce dos cavidades de fluido
El aacuterea es constante y la velocidad de rotacioacuten constante el caudal es
uniforme Esta accioacuten de bombeo puede asemejarse a la de un pistoacuten
movieacutendose a traveacutes de un cilindro de longitud infinita
La miacutenima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de accioacuten
de bombeo es UN PASO eacutesta es entonces una bomba de una etapa Cada
longitud adicional de paso da por resultado una etapa maacutes El
desplazamiento de la bomba es el volumen producido por cada vuelta del
rotor (es funcioacuten del aacuterea y de la longitud de la cavidad)
En tanto el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la
velocidad de rotacioacuten
La capacidad de un sistema BCP para vencer una determinada presioacuten
estaacute dada por las liacuteneas de sello hidraacuteulico formados entre ROTOR y
ESTATOR Para obtener esas liacuteneas de sello se requiere una interferencia
entre rotor-estator es decir una compresioacuten entre rotor y estator
Posicioacuten relativa del rotor y el estator en una bomba de loacutebulo simple
Existen distintas geometriacuteas en sistemas BCP y las mismas estaacuten relacionadas
directamente con el nuacutemero de loacutebulos del estator y rotor
En las siguientes figuras se puede observar un ejemplo donde podremos definir
algunas partes importantes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 15
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 19
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La relacioacuten entre el nuacutemero de loacutebulos del rotor y el estator permite definir la
siguiente nomenclatura
La distribucioacuten de efectos es dada por la cantidad de veces que la liacutenea de sellos
se repite define el nuacutemero de etapas de la bomba Cada etapa estaacute disentildeada para
soportar una determinada presioacuten diferencial por lo tanto a mayor nuacutemero de
etapas mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presioacuten Se pueden
presentar distintas combinaciones que afectan a la distribucioacuten de la presioacuten
dentro de la bomba
DISTRIBUCIOacuteN Y EFECTOS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 17
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 18
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 19
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 20
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 22
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 52
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 53
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 54
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 55
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 56
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 57
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 59
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Interferencia entre rotor y elastoacutemero
Es la diferencia entre el diaacutemetro externo de la seccioacuten del rotor y el menor
diaacutemetro del estator Necesaria para generar presioacuten diferencial entre cavidades
que requiere un sellado hermeacutetico entre rotor y estator Es la caracteriacutestica maacutes
importante a determinar para obtener una larga vida uacutetil una vez dimensionado el
equipo BPC
Baja interferencia disminuye la eficiencia de la bomba
Alta interferencia pronta rotura por histeacuteresis
a) Igual interferencia- Distinto nuacutemero de etapas
b) Igual nuacutemero de etapas - Distinta interferencia
SELECCIOacuteN DE LA BOMBA
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 17
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 18
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 19
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 20
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 22
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 23
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
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80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 57
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Para la seleccioacuten de una bomba PCP se deben tener en cuenta ciertas
variables que restringiriacutean dicha seleccioacuten Entre ellas podemos nombrar a
- Caudal a extraer
- Profundidad de la bomba
- Diaacutemetro del casing
- Tipo de fluido (viscosidad aromaacuteticos arena de agua )
La combinacioacuten de estas variables me determinara
- Geometriacutea (ldquosingleloberdquo ldquomultiloberdquo)
- de etapas
- Diaacutemetro de tubing y varillas de bombeo
- Tipo de elastoacutemero (contenido de acrilonitrilo hidrogenados biton etc)
Otra variable de disentildeo y seleccioacuten es la interferencia entre rotor y estator
(ajuste) Una apropiada seleccioacuten de la interferencia puede ser considerada
como una de las variables maacutes importantes de la seleccioacuten de una bomba
PCP siendo esta en muchos casos la variable a mejorar para aumentar la
vida uacutetil del sistema
Para los diferentes diaacutemetro de tuberiacutea de produccioacuten hay diferentes diaacutemetros de
bombas 166rdquo 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4rdquo 4-frac12rdquo 5rdquo 5-frac12rdquo 6-58rdquo (OD)
Las bombas son conectadas a la tuberiacutea de produccioacuten a traveacutes de conexiones
tipo hembra o macho con roscas que pueden ser NU EUE LTC o BTT
dependiendo del diaacutemetro de la BCP
Las bombas son adaptadas a tuberiacuteas de 2-38rdquo 2-78rdquo 3-frac12rdquo 4-frac12rdquo y 5-frac12rdquo
Hoy con el desarrollo de la tecnologiacutea BCP tenemos como liacutemite de produccioacuten Qr
una capacidad de 5000 BPD (795 msup3diacutea) en volumen de petroacuteleo producido Y la
maacutexima capacidad de presioacuten P es de 4350 PSI (300 bar)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Cada fabricante define sus tipos de bombas y estos se seleccionan de acuerdo a
- Completacioacuten do fondo y perfil del pozo
- Datos del yacimiento
- Caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemica del petroacuteleo
- Torque disponible en superficie
Para la aplicacioacuten del meacutetodo con bombas de subsuelo de cavidades progresivas
debemos tomar en cuenta lo siguiente
Diaacutemetro del revestidor diaacutemetros externos de la bomba diaacutemetro de la tuberiacutea
de produccioacuten y lugar o localizacioacuten del pozo ya que para instalaciones costa
afuera se deberaacuten tomar mayores precauciones para no ocasionar dantildeos
ecoloacutegicos a la naturaleza figura 43 y 44
Lo que define el diaacutemetro miacutenimo (drift) que es permitido por la tuberiacutea de
produccioacuten es en la BCP es el movimiento exceacutentrico de la cabezal del rotor
Figura 43 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten de la tuberiacutea de produccioacuten
De acuerdo con la figura 43 tenemos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 52
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 53
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 54
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 55
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 59
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La dimensioacuten F determina el diaacutemetro miacutenimo del primer tubo despueacutes de la BCP
La dimensioacuten D determina el diaacutemetro miacutenimo de la columna de produccioacuten
La dimensioacuten A determina el tipo de rosca del estator
La dimensioacuten E determina el tipo de rosca de la cabilla
Figura 44 ndash Principales dimensiones para la seleccioacuten del revestidor
De acuerdo con la figura 44 tenemos
La dimensioacuten B determina el diaacutemetro externo del estator
La dimensioacuten C determina el diaacutemetro externo maacuteximo de los niples de la sarta de
tubos de produccioacuten
COMPLETACIOacuteN Y PERFIL DEL POZO
De acuerdo a su capacidad las bombas pueden bajarse en revestidores desde 4-
frac12rdquo 5-frac12rdquo 7rdquo y 9-58rdquo El comportamiento del bombeo no se altera por la inclinacioacuten
de la bomba en el pozo pero las cabillas deben ser bajadas con un nuacutemero
determinado de centralizadores en las profundidades donde el aacutengulo de
inclinacioacuten del pozo sea criacutetico nunca se debe colocar centralizador de cabilla en
la primera conexioacuten Rotor ndash Cabilla
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 20
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 21
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 22
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 23
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y POTENCIA
Al transmitir la rotacioacuten desde superficie a traveacutes de las varillas de bombeo la
potencia necesaria para elevar el fluido genera un torque resistivo el cual tiene la
siguiente expresioacuten
Torque = K HpRPM
La componente total de torque medida en boca de pozo tiene las siguientes
componentes
Torque total = Torque hidraacuteulico + Torque Friccioacuten + Torque Resistivo
Torque hidraacuteulico Funcioacuten de presioacuten de cabeza de pozo presioacuten por peacuterdida de
carga presioacuten por presioacuten diferencial
Torque Friccioacuten en bomba Friccioacuten entre rotor y estator Este paraacutemetro se
puede obtener de las mediciones realizadas en un test de banco
Torque resistivo Friccioacuten entre varillas y tubing El maacuteximo torque resistivo estaacute
en cabeza de pozo
Consideraremos el torque hidraacuteulico debido a su incidencia Si bien el torque por
friccioacuten posee un valor relativamente bajo el mismo se puede incrementar al
producir fluidos con arena o si el estator comienza a endurecerse o hincharse
Debemos calcular a cuantas RPM deberaacute girar el rotor(las varillas) para poder
calcular el torque requerido en superficie
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 22
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 23
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 52
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 53
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
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cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
C = 06912 [m3dRPM] C cte volumeacutetrica
Q [m3d] = C RPM efic efic = eficiencia volumeacutetrica
Para estimar la eficiencia volumeacutetrica de la bomba analizaremos la curva de test a
300 RPM que se aproxima al caudal que queremos producir
Para determinar las RPM de operacioacuten estimadas
RPM = C efic 100
TIPOS DE INSTALACIOacuteN BPC
INSTALACIOacuteN CONVENCIONAL
En la instalacioacuten convencional primero se baja la tuberiacutea de produccioacuten se la
ancla con un packers luego de la fijacioacuten se baja el estator y rotor que son
instalados de forma separada en este tipo de instalacioacuten se demora y consume
maacutes tiempo y en consecuencia mayor inversioacuten las varillas son las que
proporcionan el movimiento giratorio son enroscadas al rotor generando el
movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 22
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 23
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 63
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Este tipo de instalacioacuten hoy en diacutea ya no es tan usada por el tiempo que consume
mientras que la instalacioacuten insertable es el que lo ha suplantado
INSTALACIOacuteN INSERTABLE
En la configuracioacuten de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo
conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo En otras palabras la bomba
completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna
de tuberiacutea de produccioacuten minimizando el tiempo de intervencioacuten y en
consecuencia el costo asociado ha dicho trabajo
La bomba es la misma que en la configuracioacuten convencional con la diferencia de
que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo
totalmente ensamblado como una sola pieza Al rotor se le conecta una extensioacuten
de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba Los
acoples superior e inferior de esta extensioacuten sirven de guiacutea y soporte para la
instalacioacuten de este sistema
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 52
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 53
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 54
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 55
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 57
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 59
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
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Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
TRAINING GROUP Venezuela 2003
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Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
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Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
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performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ventajas de la instalacioacuten insertable
Poseen las mismas ventajas generales que una BCP convencional sumado a los
beneficios de un sistema insertable
No necesita ser removida la columna de tuberiacutea de produccioacuten para extraer
la bomba del fondo
La sustitucioacuten de la bomba de fondo puede ser realizada con ayuda de un
equipo pequentildeo de servicio
Los costos de servicio y mantenimiento son reducidos
La torsioacuten de trabajo es baja razoacuten por la cual pueden utilizarse varillas de
diaacutemetro menor disminuyendo el roce con el tubing
PRINCIPIOS BAacuteSICOS DE PRODUCCIOacuteN
Nivel estaacutetico Nivel dinaacutemico Presioacuten Estaacutetica Presioacuten Fluyente Sumergencia
Iacutendice de Productividad y Comportamiento de Afluencia
Los paraacutemetros que se trataraacuten a continuacioacuten intervienen de una manera muy
importante en la seleccioacuten de las bombas por tanto es primordial que se
entiendan perfectamente tanto en sus definiciones como en sus influencias en la
operacioacuten de la misma de manera de poder seleccionar e instalar el conjunto
adecuado
las siguientes figuras muestran esquemaacuteticamente un pozo y su completacioacuten
mecaacutenica y de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 24
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Esquema de un pozo en condiciones estaacuteticas
Esquema de un pozo en condiciones fluyentes
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 25
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 26
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 52
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 53
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 54
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 55
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 56
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 57
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 59
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 63
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Antes de arrancar la bomba en un pozo que no fluye (Figura Ndeg 4) el fluido se
estabiliza en un nivel tal que la presioacuten ejercida por la columna de fluido a la
profundidad del yacimiento maacutes la presioacuten en Tuberiacutea de Revestimiento (CHP) es
igual a la presioacuten del yacimiento (suponiendo que el pozo no esteacute instalado con
una empacadura)
El nivel de fluido que equilibra exactamente la presioacuten de yacimiento cuando estaacute
abierto el espacio anular (CHP = 0) se llama Nivel Estaacutetico (NE) y se mide desde
superficie
Este es el nivel maacutes alto (maacutes cercano a la superficie) alcanzado por el fluido en el
pozo La presioacuten ejercida por esta columna de fluido al nivel del yacimiento se le
llama Presioacuten Estaacutetica (Ps)
Al arrancar la bomba (Figura Ndeg 5) sube el nivel en la tuberiacutea de produccioacuten hasta
la superficie y baja el nivel en el espacio anular (principios de vasos
comunicantes) Al disminuir el nivel en el espacio anular disminuye la presioacuten de
fondo lo que genera una afluencia de fluido desde el yacimiento el pozo
comienza entonces a producir Cuanto maacutes baja el nivel de fluido en el espacio
anular mas aumenta la afluencia del fluido El nivel se estabiliza cuando la
produccioacuten del yacimiento es igual al caudal de la bomba En este caso la presioacuten
hidrostaacutetica maacutes la presioacuten en el revestidor (CHP) equilibran la Presioacuten Fluyente
de fondo (Pwf) El nivel de fluido que equilibra la presioacuten fluyente de fondo
cuando estaacute abierto el espacio anular se llama nivel dinaacutemico (ND) 1
Un nivel dinaacutemico (o presioacuten fluyente) estaacute asociado a una tasa de produccioacuten
determinada si aumenta la produccioacuten (al acelerar la bomba por ejemplo) baja el
nivel y viceversa
La distancia vertical entre la succioacuten de la bomba (PB) y el nivel dinaacutemico se
conoce como Sumergencia de la bomba (H = PB ndash ND)
Queda claro que para el disentildeo apropiado de un sistema de Bombeo por
Cavidades Progresivas (y cualquier otro meacutetodo de levantamiento artificial e
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
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IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
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Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
TRAINING GROUP Venezuela 2003
Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
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Department of Energy Jan 1999
Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
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Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
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Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
incluso si el pozo produce en forma natural) se debe conocer la capacidad del
yacimiento en el aacuterea del pozo (oferta) solo el conocimiento de las presiones en el
fondo del pozo (Pwf) y sus correspondientes tasas de produccioacuten (Q) permitiraacuten
construir una relacioacuten que refleje lo que el yacimiento es capaz de ofrecer en este
punto de drenaje De alliacute la importancia de establecer la relacioacuten entre la afluencia
de los fluidos desde el yacimiento al pozo las cuales son producto de fuerzas que
a su vez tienen lugar al variar las presioacuten en el yacimiento desde una presioacuten
promedio del yacimiento (Ps) a las presiones de fondo fluyente (Pwf) Esta
relacioacuten se conoce como Iacutendice de Comportamiento de Afluencia (IPR)
El primer intento para construir una curva que refleje el comportamiento de
afluencia de un pozo (primera aproximacioacuten) fue el de una liacutenea recta Bajo este
supuesto la tasa de produccioacuten (Q) del pozo seriacutea directamente proporcional a la
diferencia entre la presioacuten del yacimiento y la presioacuten de fondo fluyente (Ps - Pwf)
esta constante de proporcionalidad es conocida como Iacutendice de Productividad
(IP) y matemaacuteticamente se expresa de la siguiente manera
Doacutende IP = Iacutendice de Productividad (BDPsi)
Q = Tasa de produccioacuten liacutequida (BD)
Ps = Presioacuten promedio del yacimiento (Psi)
Pwf = Presioacuten de Fondo Fluyente (Psi)
El diferencial de presioacuten (PS ndash Pwf) se le conoce como draw-down
La siguiente Figura ilustra de una manera graacutefica esta relacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 27
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 63
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
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Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
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Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
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Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Noacutetese en esta figura que para Pwf = 0 se obtendriacutea la tasa maacutexima de
produccioacuten del pozo de igual manera para una tasa de cero produccioacuten la
presioacuten de fondo seriacutea igual a la presioacuten estaacutetica del yacimiento
Esta relacioacuten de proporcionalidad es vaacutelida siempre y cuando la Pwf sea mayor a
la Presioacuten de Burbujeo (esta es la presioacuten en la cual el gas disuelto comienza a
liberarse pasando a gas libre) Para este caso el iacutendice de productividad seraacute
igual al inverso de la pendiente de la liacutenea recta
IP = 1pendiente = Tang o = Q draw-down
En muchos pozos que producen por alguacuten meacutetodo de levantamiento artificial por
lo general la presioacuten de fondo fluyente ha disminuido por debajo de la magnitud de
la Presioacuten de Burbujeo de manera que el fluido es multifario con una fase
gaseosa la cual afecta la produccioacuten y la relacioacuten matemaacutetica expuesta
anteriormente
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 28
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 29
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 53
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 55
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 56
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 57
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 59
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Gilbert fue el primero en observar el efecto el desarrolloacute un meacutetodo de anaacutelisis de
pozos utilizando un Iacutendice de Productividad variable y llamoacute la relacioacuten entre la
caiacuteda en la presioacuten de fondo y la tasa de flujo como Inflow Performance
Relationship (Iacutendice de comportamiento de Afluencia) conocida en forma
abreviada como IPR Muskat presentoacute modelos teoacutericos mostrando que para dos
fases (liacutequido y gas) la IPR es curva y no una liacutenea recta tal y como se observa
en la figura siguiente
Iacutendice de productividad variable
La curva de IPR variacutea con el recobro acumulado de fluidos del yacimiento y con el
mecanismo de produccioacuten Vogel desarrolloacute en un computador un estudio del
comportamiento de afluencia utilizando las aproximaciones de Weller Weller
derivoacute ecuaciones para describir los perfiles de presioacuten y saturacioacuten en las
cercaniacuteas de un pozo perteneciente a un yacimiento sub-saturado de
hidrocarburos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 52
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 56
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con estas ecuaciones Vogel consideroacute diferentes draw-down fluidos y
propiedades de rocas y obtuvo una curva para las relaciones PwfPs y QQmax
cuya expresioacuten matemaacutetica general es la siguiente
Q Qmaacutex = 1 ndash 02 x (Pwf Ps) ndash 08 x (Pwf Ps)2
Esta expresioacuten es conocida como la ldquoecuacioacuten de Vogelrdquo y se utiliza para
yacimientos produciendo por debajo de la Presioacuten de Burbujeo
La figura abajo mostrada representa la IPR para un yacimiento subsaturado
IPR compuesta para yacimientos sub-saturados
Conocida la Presioacuten de Burbuja y una prueba de produccioacuten (Q) y la presioacuten
fluyente correspondiente (Pwf) se pueden calcular el IP y la Qb mediante las
siguientes expresiones
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 30
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 49
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 53
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
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cavidad progresiva 2003
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performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Qb = IP x (Ps ndash Pb)
El Qmax se calculariacutea asiacute
Con estos datos se puede predecir cuaacutel seraacute la produccioacuten dada cualquier Pwf o
(nivel dinaacutemico convertido a presioacuten) sobre o debajo de la presioacuten de burbujeo
Para Pwf mayor o igual a PB
Q = IP x (Ps ndash Pwf)
Para Pwf menor a PB
Q = Qb + (Qmax ndash Qb) x (1 - 02x(PwfPb) ndash 08x(PwfPb)2
NOMENCLATURA DE LAS BCP SEGUacuteN EL FABRICANTE
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
EQUIPOS DE SUPERFICIE Y EQUIPOS DE SUBSUELO
El sistema de bombeo por cavidades progresivas estaacute integrada por dos secciones
de equipos Equipos de Superficie y Equipos de Subsuelo
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Franceacutes Geometriacutea simple 60TP1300 60=tasa de 60 m3 d a 500 rpm
y 0 head
TP= Tubing Pump
(bomba tipo tubular)
1300= altura maacutexima (head)
en metros de agua
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 31
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 32
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
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Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
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Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
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Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
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cavidad progresiva 2003
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Multilobulares 840ML1500 Igual al anterior la diferencia
esta en el tipo de geometriacutea
ML significa
ldquoMulti Lobularrdquo
Brasilentildeo Tubulares 1840-1500 18= bomba de 18 etapas o
1800 lpc de diferencial
maacuteximo de presioacuten
35= diaacutemetro del rotor el
miliacutemetros
1500= tasa maacutexima expresada
en barriles a 500 rpm y 0
head
Insertables 1835-400IM Igual a la anterior excepto que
esta es una bomba tipo
insertable con zapata de
anclaje modificada (IM)
Fabricante Tipo de bomba Ejemplo Significado
Brasilentildeo CTR Tubular (1) 8-CTR-32 32=tasa de 32 m3 d a 100
rpm y 0 head
CTR= bomba de espesor
de elastoacutemero constante
8= presioacuten maacutexima en
Mpa
CTR insertable 8-CTR-32IM Igual al anterior excepto
que modelo es una bomba
CTR tipo insertable con
zapata de anclaje
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
modificada (IM)
Norte
Americano
(USA)
Geometriacutea simple 60N095 60= 60x102 head maacuteximo
en pies de agua (6000
pies)
095= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
Canadaacute Geometriacutea simple 40-200 40= 40x102 head maacuteximo
en pies de agua (4000
pies)
200= tasa en bd a 100
rpm y 0 head
DATOS
Profundidad maacutexima de Bomba 3200 pies
Nivel estaacutetico 1000 pies
Nivel dinaacutemico 2645 pies
Produccioacuten petroacuteleo para 2645 pies 80 bd
Produccioacuten agua para 2645 pies 20 bd
Gradiente estaacutetico en el anular 0373 lpcpie
Gradiente dinaacutemico en el anular 0370 lpcpie
Gradiente de los fluidos en el eductor 0425 lpcpie
Presioacuten en cabezal tuberiacutea produccioacuten 100 lpc
Presioacuten en cabezal revestidor 0 lpc
Diferencial de presioacuten en el eductor 240 lpc
Velocidad maacutexima 250 rpm
CONSIDERACIONES
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 33
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
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Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
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Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Desprecie el volumen de gas en el anular
Considere viscosidad muy baja (1 cps)
Asuma tasa de gas en la bomba despreciable (RGPRGL muy
bajas)
Utilice ecuaciones para IP constante
Considere un factor de seguridad para el head de 20
CALCULAR
Tasa de produccioacuten (considere una sumergencia de 200 pies)
Presioacuten head en la bomba
Seleccionar bomba
Velocidad de operacioacuten
Diaacutemetro de cabillas
Potencia en el eje
Torque
Carga axial en el cabezal
Vida uacutetil de los rodamientos
Seleccionar modelo de cabezal
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 34
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
IP constante
IP = Q (Ps ndash Pwf)
Ps = 0373 lpcpie x (3200 ndash 1000) pies = 821 lpc
Pwf = 0370 lpcpie x (3200 ndash 2645) pies = 205 lpc
IP = 100 bd (821 ndash 205) lpc = 0162 bd lpc
Qmaacutex = IP x Ps = 0162 bd lpc x 821 lpc = 133 bd
Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel
dinaacutemico a estas condiciones de operacioacuten seria de
3000 pies (3200acute-200acute)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 35
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
la Presioacuten fluyente seriacutea
Pwf= 03700 lpcpie x (3200 ndash3000) pies = 74 lpc
Finalmente la tasa para un nivel dinaacutemico de 3000 pies es de
Q = IP x (Ps ndash Pwf) = 0162 bd lpc x (821 ndash74) lpc = 121 bd
ΔP = P2 ndash P1
P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0370x(3200-3000) = 74
lpc
P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0425x3200 + 240 = 1700
lpc
ΔP = 1700 ndash 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
Head = 1626 lpc 0433 lpcpie = 3755 pies x Fs = 4506 pies
Se trabajaraacute con 1950 lpc oacute 4500 pies (1372 mts)
IPR
0 100 200 300 400 500 6000
500100015002000250030003500
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 36
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 67
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIPOS DE BOMBA
Con un head de 1370 mts
BOMBA DIAMETRO
(pulg)
BD (100
rpm y 0
Head)
rpm para
120 bd y
1950 lpc
30TP2000 2-38 34 400
80TP2000 2-38 100 145
60TP2000 2-78 83 175
120TP2000 3-12 151 110
180TP2000 4 226 75
430TP2000 5 542 50
Se aprecia que todas las bombas excepto la 30TP2000 cumplen
con el criterio de velocidad de operacioacuten menor a 250 rpm (criterio
de disentildeo)
Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-
seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje
del impulsor de
60TP2000 50 Kw = 67 Hp
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 37
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 41
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
80TP2000 55 Kw = 73 Hp
120TP2000 55 Kw = 73 Hp
Suponiendo que las tres puedan mecaacutenicamente ser instaladas
en el pozo se seleccionaraacute la bomba 80TP2000 para disponer de
cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con
mayor produccioacuten
La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tuberiacutea de
2-38rdquo o 2-78rdquo Asumiremos tuberiacutea de 2-78rdquo
TORQUE REQUERIDO
El Torque hidraacuteulico
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es
funcioacuten del desplazamiento de la bomba y de la altura hidraacuteulica
Torque debido a la friccioacuten de la sarta de cabillas girando en el
fluido
Es funcioacuten de la velocidad de rotacioacuten el diaacutemetro y longitud de
la sarta de cabillas (profundidad de la bomba) el aacuterea del espacio
anular entre las cabillas y la tuberiacutea de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 38
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 44
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 47
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 52
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
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Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
TRAINING GROUP Venezuela 2003
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Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
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performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Nomograma para seleccioacuten de las cabillas
Seguacuten el nomograma se podriacutean utilizar cabillas de 3 4rdquo Ya que la
tuberiacutea es de 2-78rdquo se podriacutea elegir una sarta de cabillas (usada)
de 78rdquo grado ldquoDrdquo
Profundidad de bomba = 3200 pies
Diaacutemetro de cabillas = 78 ldquo
Fr = 3500 daN
Altura = 4500 pies
Bomba serie 2-38rdquo
Fh = 1000 daN
Carga axial = 4500 daN =10115 lbs = 46 Tn
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 39
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 42
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 56
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Con la carga axial y la velocidad de rotacioacuten se utilizan las
curvas de los rodamientos de los cabezales de rotacioacuten y en
funcioacuten del cabezal elegido se puede calcular el tiempo de vida
Seleccionando el cabezal de rotacioacuten modelo AV1-9-78rdquo con
46 Tn de carga axial y girando a 145 rpm se obtiene una
duracioacuten mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 antildeos)
EL DISENtildeO QUEDA ASI
Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies
Tuberiacutea de 2-78rdquo con cabillas de 78rdquo
Velocidad de operacioacuten 145 rpm
Cabezal de rotacioacuten de 9000 lbs
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 40
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 55
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 56
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 59
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La potencia del motor dependeraacute del equipo de superficie a
utilizar estos es motovariador moto reductor o equipos de
poleas y correas
La potencia en el eje es de 73 Hp
El torque del sistema 264 lbs-pie
ANALISIS ECONOMICO
El pozo recupera el 100 del caudal
Qmax= 5184 STBdia
Inversiones para poner a producir el pozo
Trabajo de reactivacioacuten del pozo US$500000oo
Instalacioacuten de facilidades de superficie US$50000oo
Costo de Instalacioacuten US$250000oo
Lifting Cost US$15ooBl
El precio del crudo es de $US70ooBl
Se entrega al gobierno nacional un 20 de la produccioacuten por
regaliacuteas
Ganancias=(5184(STBdia)365 diacuteas$70bl08)
Ganancias = $ 10596096
Inversiones= costo de reactivacioacuten + costo de instalacioacuten
facilidades de superficie y levantamiento artificial
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15bl)365
diacuteas5184(STBdia))=$ 3638240
Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
El disentildeo de bomba utilizado deja una rentabilidad a un antildeo de
$6957856 lo que nos indica que la no fue un buen prospecto
ya que tomamos el IP constante se deberiacutean analizar otras
opciones para este pozo con el fin de aumentar la rentabilidad
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 43
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 45
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Equipos de Subsuelo
Tuberiacutea de produccioacuten Es una tuberiacutea de acero que comunica la bomba de
subsuelo con el cabezal y la liacutenea de flujo Si no hay ancla de torsioacuten se debe
ajustar con el maacuteximo API para prevenir el desenrosque de la tuberiacutea de
produccioacuten
Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre siacute por medio de
cuplas La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie Los diaacutemetros
maacuteximos utilizados estaacuten limitados por el diaacutemetro interior de la tuberiacutea de
produccioacuten utilizaacutendose diaacutemetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas
de manera de no raspar con el tubing
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 67
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Estator Usualmente estaacute conectado a la tuberiacutea de produccioacuten es una heacutelice
doble interna y moldeado a precisioacuten hecho de un elastoacutemero sinteacutetico el cual
estaacute adherido dentro de un tubo de acero En el estator se encuentra una barra
horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es
el punto de partida para el espaciamiento del mismo
Elastoacutemero Es una goma en forma de espiral y estaacute adherida al estator El
elastoacutemero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original
teniendo la capacidad de recobrar raacutepidamente sus dimensiones una vez que la
fuerza es removida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Los principales elastoacutemeros que se usan en la industria petrolera son el caucho de
nitrilo butadieno NBR (nitrile butadieno rubber) cadenas polimeacutericas de butadieno
y acrilonitrilo (ACN)
Rotor Suspendido y girado por las varillas es la uacutenica pieza que se mueve en la
bomba Este consiste en una heacutelice externa con un aacuterea de seccioacuten transversal
redondeada tornada a precisioacuten hecha de acero al cromo para darle mayor
resistencia contra la abrasioacuten Tiene como funcioacuten principal bombear el fluido
girando de modo exceacutentrico dentro del estator creando cavidades que progresan
en forma ascendente
Estando el estator y el rotor al mismo nivel sus extremos inferiores del rotor
sobresale del elastoacutemero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm este dato
permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado En caso
de presencia de arena aunque sea escasa esta deja muchas veces marcada la
heacutelice del rotor De este modo al retirar el rotor por cualquier motivo se puede
observar en que punto estuvo trabajando dentro del estator partiendo del extremo
superior del rotor
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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Plano del cabezal de una BCP
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Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Centralizador Puede ser un componente adicional sin embargo tiene mayor
uso en especial para proteger las partes del sistema
El tipo de centralizadores es el ldquono soldadordquo Empleado en la tuberiacutea con el
propoacutesito de minimizar el efecto de variaciones y a la vez para centralizar la
bomba dentro de la tuberiacutea de produccioacuten
Niple Intermedio o Niple Espaciador
Su funcioacuten es la de permitir el movimiento exceacutentrico de la cabeza del rotor con
su cupla o reduccioacuten de conexioacuten al trozo largo de maniobra o a la uacuteltima varilla
cuando el diaacutemetro de la tuberiacutea de produccioacuten no lo permite En este caso es
imprescindible su instalacioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 46
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 48
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 55
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 57
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo
inferior del estator Su funcioacuten es
Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento para que el rotor
tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente
Servir de pulmoacuten al estiramiento de las varillas con la unidad funcionando
Como succioacuten de la bomba
Los maacutes usuales son los de rosca doble con una rosca hembra en su extremo
superior que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su
extremo inferior para permitir instalar debajo el ancla de torsioacuten o cualquier otro
elemento A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor durante el
espaciamiento
Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida
inmediatamente por encima del rotor en lugar de una varilla cuando gira a
velocidades superiores a las 250 RPM Cuando se instala una varilla debido a su
largo y al movimiento exceacutentrico del rotor que se transmite directamente a ella
tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la uacuteltima tuberiacutea de produccioacuten El
trozo de maniobra al ser de menos de la mitad del largo de la varilla se dobla
menos o no se dobla dependiendo de su diaacutemetro
Ancla de Torsioacuten Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj o hacia
la derecha (vista desde arriba) se realiza la accioacuten de girar la columna tambieacuten
hacia la derecha es decir hacia el sentido de desenrosque de los cantildeos A esto se
suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armoacutenicas
ocasionadas por el giro de la heacutelice del rotor dentro del estator vibraciones que
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
son tanto mayores cuanto maacutes profunda es la instalacioacuten de la bomba La
combinacioacuten de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tuberiacutea de
produccioacuten el ancla de torsioacuten evita este problema Cuanto maacutes la columna tiende
al desenrosque maacutes se ajusta el ancla Debe ir siempre instalada debajo del
estator
Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsioacuten es mayor no
siempre es necesaria su instalacioacuten ya que en bombas de menor caudal a bajas
velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se
producen grandes vibraciones No obstante es recomendable en todos los casos
Niple Asiento es una pequentildea unioacuten sustituta que se corre en la sarta de
produccioacuten Permite fijar la instalacioacuten a la profundidad deseada y realizar una
prueba de hermeticidad de cantildeeriacutea En bombas insertables el mecanismo de
anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de
asiento que una bomba mecaacutenica evitando en un futuro el movimiento de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 52
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 53
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 55
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 57
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 59
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten al momento de cambiar el sistema de
extraccioacuten
Mandril A Copas Permite fijar la instalacioacuten en el niple de asiento y produce
la hermeticidad entre la instalacioacuten de tuberiacutea de produccioacuten y el resto del pozo
El teacutermino mandril tiene muchos significados Puede referirse al cuerpo principal
de una herramienta o un eje Adicionalmente partes de la herramienta podriacutean
estar conectadas arregladas o encajadas adentro Tambieacuten puede ser varillas de
operacioacuten en una herramienta
Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado se debe
colocar siempre arriba del niple intermedio Para poder probar toda la cantildeeriacutea y
ademaacutes como su diaacutemetro interno es menor que el de la tuberiacutea de produccioacuten no
permite el paso de centralizadores a traveacutes de eacutel Para algunas medidas de
bomba no se puede utilizar porque el pasaje interior del mismo es inferior al
diaacutemetro del rotor impidiendo su paso en la bajada
La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la
hermeticidad aunque siempre existe escurrimiento tanto mayor cuanto mayor
sea la presioacuten total resultante sobre la bomba La suma de la presioacuten de prueba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 50
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 55
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 63
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
maacutes la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manomeacutetrica de la
bomba para evitar dantildearla
Cantildeo Filtro Se utiliza para evitar (en el caso de rotura de estator con
desprendimiento de elastoacutemero) trozos de tamantildeo regular del mismo pueden
estar dentro del espacio anular Una vez cambiada la instalacioacuten de fondo estos
pedazos de elastoacutemero podraacuten ser recuperados con equipo especial y no
permaneceraacuten en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados
nuevamente por la bomba
Equipos de superficie
Una vez obtenidos los paraacutemetros miacutenimos de operacioacuten necesarios para
accionar el equipo de subsuelo es necesario dimensionar correctamente los
equipos de superficie que sean capaces de proveer la energiacutea requerida por el
sistema
Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar
la carga axial del equipo de fondo entregar la torsioacuten requerida y rotar al vaacutestago
a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie
Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son
Cabezal de rotacioacuten
Sistema de transmisioacuten y
Sistema de frenado
Cabezal de rotacioacuten
El cabezal de rotacioacuten debe ser disentildeado para manejar las cargas axiales de las
varillas el rango de velocidad a la cual debe funcionar la capacidad de freno y la
potencia necesitara
Este es un equipo de accionamiento mecaacutenico instalado en la superficie
directamente sobre la cabeza de pozo Consiste en un sistema de rodamientos o
cojinetes que soportan la carga axial del sistema un sistema de freno (mecaacutenico o
hidraacuteulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un
dispositivo externo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 55
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 57
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 59
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Un ensamblaje de instalacioacuten que incluye el sistema de empaque para evitar la
filtracioacuten de fluidos a traveacutes de las conexiones de superficie Ademaacutes algunos
cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes
mecaacutenicos o poleas y correas
La torsioacuten se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta
grampa El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical
de la sarta de varillas de succioacuten (a semejanza del sistema buje de
impulsovaacutestago de perforacioacuten) El pesoacute de la sarta de varillas se halla
suspendido a una grampa provisto de cuatro pernos La barra se puede levantar a
traveacutes del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por
circulacioacuten inversa
Cabezales de rotacioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 63
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Plano del cabezal de una BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Descripcioacuten de las partes del cabezal para BCP
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 53
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
1 base porta empaque
2 tuerca porta empaque
3 buje centralizador de tuerca empaque
4 buje centralizador inferior
5 deflector ecoloacutegico
6 bulones 1032 anclaje buje de tuerca
7 cuerpo principal
8 tapa superior
9 eje motriz pasaje hasta 1 12
10 rodamiento 29420
11 rodamiento nj 221
12 rodamiento nj 214
13 cantildeo guiacutea
14 visor
15 reten inferior
16 mesa porta polea
17 bulones alem 34 x 2 14
18 caliper de freno
19 disco de freno
20 bulon alem 12 x 175 x 35
21 caja comando hidraacuteulico
22 motor hidraacuteulico
23 correa sincroacutenica 90 x 190
24 engranaje 22 dientes
25 engranaje 42 dientes
Sistema de transmisioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 55
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 63
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
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Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Como sistema de transmisioacuten se conoce el dispositivo utilizado para transferir la
energiacutea desde la fuente de energiacutea primaria (motor eleacutectrico o de combustioacuten
interna) hasta el cabezal de rotacioacuten
Para la transmisioacuten de torsioacuten de una maacutequina motriz a una maacutequina conducida
existen al menos tres meacutetodos muy utilizados Transmisioacuten con engranajes
correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos
Dependiendo de la potencia posicioacuten de los ejes relacioacuten de transmisioacuten
sincroacutenica distancia entre ejes y costo se seleccionaraacute el meacutetodo a utilizar
En la mayoriacutea de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a
velocidades menores a 150 RPM es usual utilizar cabezales con caja reductora
interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisioacuten como correas y
poleas Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM
lo que traeriacutea como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la
insuficiente disipacioacuten de calor
Sistema de correas y poleas
Sistema de Freno
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 63
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 67
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
natural gas industries
Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
Versioacuten 2008V1 Argentina Junio de 2008
Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
TRAINING GROUP Venezuela 2003
Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
Department of Energy Jan 1999
Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
La segunda funcioacuten importante del cabezal es la de frenado que requiere el
sistema Cuando un sistema BCP esta en operacioacuten una cantidad significativa de
energiacutea se acumula en forma de torsioacuten sobre las varillas
Si el sistema se para repentinamente la sarta de varillas de bombeo libera esa
energiacutea girando en forma inversa para liberar torsioacuten Adicionalmente a esta
rotacioacuten inversa se le suma la producida debido a la igualacioacuten de niveles de fluido
en la tuberiacutea de produccioacuten y el espacio anular en el momento de la parada
Durante ese proceso de marcha inversa se puede alcanzar velocidades de
rotacioacuten muy altas
Al perder el control de la marcha inversa las altas velocidades pueden causar
severos dantildeos al equipo de superficie desenrosque de la sarta de varillas y hasta
la rotura violenta de la polea el cabezal pudiendo ocasionar esta situacioacuten dantildeos
severos al operador
Caracteriacutesticas de sistema de frenado
El freno tiene la capacidad requerida para manejar conjuntos de alta
potencia con bombas de gran dimensioacuten
El motor hidraacuteulico que equipa el cabezal es de alta eficiencia y respuesta
inmediata en ambos sentidos de giro
El manifould comando permite un rango de regulacioacuten seguacuten las exigencias
del equipo Ya que se puede optar por un freno progresivo asiacute evitando
aprisionamiento de la bomba de fondo caso contrario se puede optar por
un bloqueo del mismo seguacuten los requerimientos operativos
El freno de disco asegura una mejor dispersioacuten del calor generando un
frenado prolongado
Las pastillas del freno se pueden reemplazar faacutecilmente en el campo por el
buen acceso al caliper de freno que se tiene
El freno funciona automaacuteticamente tan pronto como hay contrarrotacioacuten y la
velocidad de contrarrotacioacuten se puede ajustar faacutecilmente por el alto rango
de regulacioacuten que consta el manifould comando
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
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produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
DE LOS FRENOS UTILIZADOS SE PUEDEN DESTACAR LOS
SIGUIENTES
Freno de accionamiento por friccioacuten Compuesto tradicionalmente de un
sistema de disco y pastillas de friccioacuten accionadas hidraacuteulicamente o
mecaacutenicamente cuando se ejecuta el giro a la inversa La mayoriacutea de estos
sistemas son instalados externamente al cuerpo del cabezal con el disco
acoplado al eje rotatorio que se ajusta al eje del cabezal Este tipo de freno es
utilizado generalmente para potencias transmitidas menores a 75 HP
Freno de accionamiento Hidraacuteulico Es muy utilizado debido a su mayor
eficiencia de accioacuten Es un sistema integrado al cuerpo del cabezal que consiste
en un plato rotatorio adaptado al eje del cabezal que gira libremente en el sentido
de las agujas del reloj (operacioacuten de una BCP) Al ocurrir la marcha hacia atraacutes el
plato acciona un mecanismo hidraacuteulico que genera resistencia al movimiento
inverso lo que permite que se reduzca considerablemente la velocidad inversa y
se disipe la energiacutea acumulada Dependiendo del disentildeo del cabezal este
mecanismo hidraacuteulico puede accionarse con juegos de vaacutelvula de drenaje
embragues mecaacutenicos etc
DISENtildeO
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 57
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 63
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS
Instalacioacuten de Equipos de Subsuelo
Conexioacuten del niple de paro
Tal y como se comentoacute en paacuterrafos anteriores la funcioacuten del niple de paro (ldquostop
pinrdquo) es servir como referencia o tope para el espaciamiento del rotor ademaacutes
impide que a la hora de desconectarse o partirse una cabilla estas y el rotor
lleguen al fondo del pozo facilitando las labores de pesca
Algunos estatores para bombas de cavidades progresivas incorporan el niple de
paro en estos casos el procedimiento siguiente se omite sin embargo los
estatores y niples e paro de algunos fabricantes constituyen equipos
independientes en este caso el operador determina de manera arbitraria cual seraacute
el extremo inferior del estator y alliacute conecta el niple de paro
Este niple se conecta directamente al estator y bajo eacutel se pueden roscar equipos
adicionales tales como ancla de gas anclas de tuberiacutea filtros de arena etc
Hay niples de paro que constituyen una pieza integral mientras otros constan de
dos partes un niple corto de tuberiacutea y una combinacioacuten (o ldquobotellardquo) la cual se
caracteriza por incluir una placa perforada o un pasador transversal donde llegaraacute
el extremo inferior del rotor en las maniobras de Espaciamiento
Conexioacuten del niple de maniobra al estator
Es necesario colocar un niple de tuberiacutea de unos 4 6 u 8 pies de largo sobre el
estator para permitir el manejo del mismo en superficie Es recomendable instalar
un niple de diaacutemetro mayor al del estator ya que esto impediraacute que el cuello de
conexioacuten del rotor roce con la pared interna del tubo debido al movimiento
exceacutentrico de aquel
El niple de maniobra deberaacute apretarse fuertemente inicialmente se puede apretar
en el suelo con llaves manuales y una vez en la planchada se terminaraacute de apretar
con llave hidraacuteulica
Se deberaacute medir la distancia existente desde el pasador del niple de paro hasta el
niple de maniobra (ambos inclusive) Esta medida maacutes la longitud de la tuberiacutea de
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 58
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 63
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
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Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
produccioacuten se estableceraacute como la profundidad de la bomba y con este valor se
pueden estimar el nuacutemero de cabillas que seraacute necesario bajar al pozo
Bajada de la tuberiacutea de produccioacuten
Toda la tuberiacutea de produccioacuten deberaacute bajarse al pozo apretando las juntas
fuertemente incluyendo las juntas que se encuentran paradas en parejas
En la TABLA 8 se muestran los torques oacuteptimos recomendados para diferentes
tubulares En este meacutetodo de produccioacuten el apretar adecuadamente la tuberiacutea se
produccioacuten y la sarta de cabillas es muy importante ya que el movimiento giratorio
del rotor genera una reaccioacuten en el estator que tiende a desconectar la tuberiacutea
Se debe recordar adicionalmente que en pozos instalados con bombas de alto
caudal o alto head y en aplicaciones donde se considere la generacioacuten de torques
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 63
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
importantes la utilizacioacuten de las anclas de torque comentadas en los primeros
capiacutetulos de este documento
Conexioacuten del rotor a la sarta de cabillas
Se deberaacute roscar un niple de cabilla (ponny rod) completamente recto de 2 o 4
pies al rotor apretaacutendolo fuertemente Este cumple con una doble funcioacuten por un
lado permite colocar el elevador de cabillas para bajar el rotor al pozo por otra
parte facilita izar el rotor sobre el pozo para comenzar a bajarlo Si se coloca una
cabilla completa al izar el conjunto se puede someter el rotor a flexioacuten excesiva y
se puede doblar de forma permanente Algunos fabricantes sugieren engrasar el
rotor antes de bajarlo de manera de facilitar su insercioacuten en el estator
BAJADA DE LA SARTA DE CABILLAS
Las cabillas deben bajarse al pozo fuertemente apretadas En la Tabla Ndeg 9 se
muestran los torques recomendados para las cabillas en funcioacuten del diaacutemetro y
grado de las mismas y de la profundidad de la bomba
Espaciamiento del rotor
La longitud del rotor es ligeramente superior a la longitud del estator esto tiene la
finalidad de proporcionar un factor de seguridad para garantizar que se aproveche
toda la longitud del estator para formar todas las cavidades de la bomba ya que
por cada cavidad que se deje de formar se actuaraacute en detrimento de la eficiencia
de la bomba en cuanto a la altura o Head
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 60
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 67
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
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ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador del niple de
paro y el extremo inferior del rotor para garantizar la formacioacuten de todas las
etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paro en condiciones
de operacioacuten
Para calcular esta separacioacuten (S) se debe considerar la elongacioacuten que ha de
experimentar la sarta de cabillas en condiciones dinaacutemicas esta elongacioacuten se
debe al esfuerzo axial que actuacutea sobre la sarta generado por la carga debida al
diferencial de presioacuten que levanta la bomba ademaacutes se suma la elongacioacuten
teacutermica producto de la temperatura a lo largo del pozo Este estiramiento depende
tambieacuten del diaacutemetro de las cabillas y el modelo de la bomba Un caacutelculo preciso
de este estiramiento es praacutecticamente imposible de realizar y la estimacioacuten de una
forma manual es muy engorrosa Sin embargo existen reglas praacutecticas
nomogramas y tablas que suministran los fabricantes de bombas para estimar
este valor
Adicionalmente se cuenta con programas comerciales disponibles en la
actualidad que permiten calcular es espaciamiento de una manera raacutepida y
sencilla siempre y cuando los datos que se ingresen sean correctos no obstante
se debe comentar que muchos de estos programas no consideran algunos
factores tales como el roce de las cabillas con el eductor y el pandeo de la sarta
que son difiacuteciles de cuantificar
Asumiendo los siguientes datos y la graacutefica mostrada en el Anexo Ndeg 12 se
obtendriacutea un espaciamiento (S) de 17 pies
Head de 1200 mts
Diaacutemetro de Cabillas de 78rdquo
Bomba modelo 120TP2000
Con la magnitud del head en el eje vertical de la graacutefica se corta horizontalmente
la recta correspondiente a las cabillas de 78rdquo y se obtiene en el eje horizontal 213
cms esto es 8 pulgadas de estiramiento
Por catalogo el niple de paro de esta bomba mide 1 pie (12 pulgadas) asiacute que
durante la instalacioacuten el extremo inferior del rotor debe quedar a 20 pulgadas (8rdquo +
12rdquo) del pasador del niple de paro
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 61
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 63
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 67
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Operacionalmente el procedimiento para espaciar el rotor es el siguiente (Ver
Figura Ndeg 37)
A Bajar la sarta de cabillas cuidadosamente apretando cada conexioacuten (Fig 37A)
B Antes de bajar al pozo la uacuteltima de las cabillas se debe tomar nota del peso de
la sarta (el peso mostrado en el indicador es el peso de las cabillas mas el bloque
viajero)
C Al comenzar a entrar el rotor en el estator se podraacute observar una fluctuacioacuten en
el indicador de peso en algunos casos sobre todo en crudos poco viscosos la
sarta de cabillas gira lentamente en sentido horario
D Se continuacutea bajando las cabillas hasta que el elevador quede libre (figuras 37B
y 37C) En este punto el indicador de peso deberaacute sentildealar uacutenicamente el peso del
bloque viajero La sarta de cabillas se encuentra flexionada recostada a la tuberiacutea
de produccioacuten
Espaciamiento del rotor
Realizar una marca sobre el cuerpo de la cabilla superior al ras de la brida o de la
ldquoTerdquo de produccioacuten este se conoce como punto muerto (marca ldquoArdquo)
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 62
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 63
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 64
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 67
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
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Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
E Comenzar a subir el encabillado muy lentamente hasta que el indicador de
peso sentildeale nuevamente el peso de la sarta mas el bloque (registrado en el punto
B) En este momento la sarta de cabillas se encuentra en tensioacuten y el rotor apenas
se ha separado del pasador del niple de paro (Figura 37D) realizar marca ldquoBrdquo
F El procedimiento anterior se repite tantas veces sea necesario hasta que la
posicioacuten de las marcas coincidan A partir de la marca ldquoBrdquo levantar las cabillas la
distancia ldquoSrdquo calculada anteriormente (Ver Figuras 37C y 37E donde S = a + b) En
este punto el rotor estaacute correctamente espaciado para las condiciones de
operacioacuten previstas en el disentildeo
G Recuperar la(s) primera(s) cabillas(s) del pozo y medir desde la marca ldquoBrdquo
hasta donde se desconectoacute la sarta Esta medida se llamaraacute ldquoXrdquo
A partir de este punto las operaciones dependeraacuten del tipo de equipo de superficie
o cabezal de rotacioacuten a instalar (eje soacutelido o hueco) pero baacutesicamente se trata de
ensamblar con sobres de cabillas centralizadores (si los mismos son requeridos) y
la barra pulida (o el eje soacutelido del cabezal) un conjunto cuya longitud sea igual a
ldquoXrdquo de manera de garantizar el espaciamiento del rotor
En el siguiente punto se expondraacute la instalacioacuten de los equipos de superficie estas
operaciones dependeraacuten obviamente de los equipos considerados En este trabajo
se consideraraacuten sistema cabezales de rotacioacuten con motorreductor (de ejes soacutelidos)
y los equipos de polea y correa (eje hueco)
INSTALACIOacuteN EQUIPOS DE SUPERFICIE
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN Y MOTORREDUCTOR
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para instalar los cabezales de rotacioacuten es necesarios observar todas las normas
de seguridad ya que la operacioacuten es delicada debido la manipulacioacuten de cargas
elevadas y altas presiones en el cabezal del pozo
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Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Seguacuten la marca y modelo de cabezal este procedimiento tendraacute algunas
variaciones debido a la forma en que deben levantar y conectar a la sarta de
cabillas
De manera general para cabezales de eje soacutelido el procedimiento que se debe
seguir es
A Levantar el eje del cabezal por los anillos de sujecioacuten con guayas
B El eje del cabezal se conecta directamente al encabillado para ajustar las
cabillas al eje del cabezal se deben utilizar llaves manuales y extensiones
(policiacuteas)
C Se levanta el cabezal de rotacioacuten y se retira el elevador de cabillas
D Se fija el cabezal de rotacioacuten a la brida sobre la ldquoTerdquo de produccioacuten apretando
los pernos fuertemente
E Se ajusta el mecanismo antiretorno para proceder a llenar la tuberiacutea de
produccioacuten y realizar la prueba de presioacuten
F Si es cabezal es lubricado por aceite se debe retirar el tapoacuten ciego y colocar en
su lugar el tapoacuten de venteo el cual permite que los gases sean liberados y los
sellos se mantengan en buen estado
G Ajustar ellos tornillos del prensaestopas para poder realizar la prueba de
presioacuten dando el mismo ajuste a cada uno de ellos Una vez terminada la prueba
de presioacuten se deben liberar un poco para permitir la lubricacioacuten del eje con los
liacutequidos provenientes del pozo
Un prensa-estopas muy ajustado originaraacute un desgaste prematuro de las
empaquetaduras y quizaacutes del eje de rotacioacuten Si por el contrario queda poco
ajustado puede ser causa de derrames de crudo
Una vez instalado el cabezal de rotacioacuten se puede realizar la prueba de presioacuten
Para lo cual se llena el eductor con agua y se presuriza a 300 lpc (Con bomba de
Trailer) por 15 minutos como miacutenimo Si la presioacuten se mantiene se continuacutea con la
instalacioacuten del equipo motriz si la presioacuten decrece se verifica o descarta la
existencia de fugas a nivel de equipos de superficie (Vaacutelvulas de paso Vaacutelvulas
check etc Si la caiacuteda de presioacuten persiste se retira el cabezal de rotacioacuten y se
verifica le espaciamiento del rotor se reinstala el cabezal de rotacioacuten y se vuelve a
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probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
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velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 67
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
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systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
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Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
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Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
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Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
probar Si persiste la caiacuteda de presioacuten se debe sacar la completacioacuten Es
importante destacar que en algunos casos la peacuterdida de presioacuten puede ser un
comportamiento esperado ya que seguacuten las caracteriacutesticas de los fluidos del
yacimiento de la temperatura del tipo de elastoacutemero y el tipo de rotor utilizado
pudo considerarse en el disentildeo un ajuste holgado entre el elastoacutemero y el rotor de
manera de que una vez que el poliacutemero reaccione quiacutemica y teacutermicamente se
hinche proporcionando el sello adecuado en estos casos estando la bomba
inmersa en el fluido de completacioacuten (generalmente agua fresca) no se garantiza
el sello en las primeras horas (a veces diacuteas) de operacioacuten
INSTALACIOacuteN DEL MOTOVARIADOR O MOTORREDUCTOR
La instalacioacuten de estos equipos se realiza una vez que la prueba de presioacuten ha
culminado Los pasos a seguir para la correcta instalacioacuten de los mismos es la
siguiente
A Se desahoga la presioacuten contenida en la tuberiacutea de produccioacuten
B Se coloca el medio acople correspondiente al eje de salida de la caja reductora
(Macho) Ver foto de los acoples en la Figura Ndeg 38
C Se coloca el aro espaciador sobre el cabezal de rotacioacuten (si este lo requiere)
es necesario verificar que los orificios del aro espaciador coincidan con los orificios
de la ventana del cabezal
D Se levanta el moto reductor (o motovariador) utilizando guayas dispuestas de
tal forma que pueda mantenerse el eje de salida perpendicular a la horizontal
E Instalar los pernos o espaacuterragos que unen el cabezal al sistema motriz El motor
eleacutectrico en el caso de los motovariadores se debe quedar perpendicular a las
liacuteneas de superficie y del lado opuesto al sitio donde se ubica la maacutequina de
servicios a pozos
F Al conectar eleacutectricamente el motor se debe chequear el sentido de rotacioacuten el
cual debe ser el de las agujas del reloj (Visto desde arriba) Se toma nota del
variador de frecuencia de los paraacutemetros de operacioacuten en vaciacuteo frecuencia
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 65
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
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tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
natural gas industries
Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
Versioacuten 2008V1 Argentina Junio de 2008
Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
TRAINING GROUP Venezuela 2003
Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
Department of Energy Jan 1999
Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
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Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad corriente voltaje etc (esto se detallaraacute en el punto ndeg 12 Puesta en
marcha del sistema Ver Figura Ndeg 38) Una vez registradas las variables de
operacioacuten en vaciacuteo se apaga el equipo
G Seguidamente se ajusta el acople mecaacutenico penetrando sus dientes en toda la
extensioacuten La separacioacuten que queda entre acoples debe ser solo de 3 miliacutemetros
Los tornillos prisioneros deben quedar bien ajustados tanto en la mitad superior
como en la inferior
H Se arranca el sistema y se prueba nuevamente la hermeticidad para lo cual el
sistema deberaacute ser capaz de presurizar las liacuteneas de produccioacuten La presioacuten se
debe desahogar al terminar la prueba Es muy importante en esta fase de prueba
considerar que los elastoacutemeros tienen la caracteriacutestica de hincharse mas raacutepida o
lentamente y esto depende del tipo de elastoacutemero del diaacutemetro del rotor y en gran
medida de las caracteriacutesticas de los fluidos producidos por el yacimiento y de la
temperatura por esta razoacuten si la integridad de la tuberiacutea fue demostrada mediante
pruebas de presioacuten durante la bajada de la misma y al momento de realizar la
prueba se observa que la bomba no mantiene la presioacuten se debe dejar el equipo
operativo y dar tiempo a que se produzca el ajuste adecuado entre el elastoacutemero y
el rotor (algunos fabricantes ofrecen una gama de rotores con los cuales se puede
obtener el sello adecuado en caso extremo de que no se obtenga el ajuste con los
equipos instalados) Otro punto de gran importancia durante esta fase es la
presioacuten con la cual se realizaraacute la prueba ya que una presioacuten excesiva dantildearaacute
irreversiblemente la bomba algunos operadores tradicionalmente realizan la
prueba de presioacuten con 500 lpc no obstante en algunos casos esta presioacuten podriacutea
ser excesiva La presioacuten con la cual se efectuariacutea la prueba debe ser calculada de
manera de no vencer la capacidad de los equipos
I Finalmente se coloca el tapoacuten de venteo a la caja reductora y el pozo se deja
bombeando alineado a la estacioacuten con las vaacutelvulas de anular abiertas (al aire o a
la liacutenea de produccioacuten dependiendo del caso)
J Incrementar la velocidad con el sistema en marcha hasta alcanzar la indicada
en el programa de instalacioacuten la cual por lo general es inferior a la velocidad de
disentildeo (esto con la finalidad de esperar la estabilizacioacuten del sistema) Deberaacute
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 66
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 67
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
natural gas industries
Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
Versioacuten 2008V1 Argentina Junio de 2008
Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
TRAINING GROUP Venezuela 2003
Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
Department of Energy Jan 1999
Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 78
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
tomar nota de las variables de operacioacuten bajo estas condiciones (en el punto ndeg
12 se detallaraacute esta operacioacuten)
INSTALACIOacuteN DE EQUIPOS DE POLEA Y CORREAS
INSTALACIOacuteN DEL CABEZAL DE ROTACIOacuteN
Para estos equipos el procedimiento es el siguiente
A Conectar el lado hebra de la unioacuten de golpe a las rosca inferior del cabezal y el
lado macho a la ldquoTerdquo de produccioacuten
B Levantar la barra pulida 5 pies y colocar grapa
C Levantar el cabezal de modo que se mantenga vertical y bajarlo hacia la
cabeza del pozo haciendo pasar la barra pulida a traveacutes del prensaestopas y del
eje impulsor hueco La barra pulida sobresale ahora del eje hueco
D Fijar la grapa al extremos superior del eje hexagonal conectar el mismo a la
barra pulida y enroscar un ponny rod (cabilla corta) de 2 pies a su extremo
superior
E Levantar levemente la sarta y retirar la grapa colocada en la barra pulida en el
paso ldquoBrdquo
F Conectar el cabezal a la ldquoTerdquo de produccioacuten por medio de la unioacuten de golpe
G Bajar la sarta introduciendo el eje hexagonal en el eje impulsor hueco hasta
que se asiente la grapa en el eje impulsor El rotor estaacute correctamente espaciado y
el cabezal estaacute listo para conectar el sistema motriz
INSTALACIOacuteN DEL SISTEMA MOTRIZ
A Armar el soporte del motor en la brida del pozo y atornillarlo al cabezal
B Colocar la plancha de fijacioacuten del motor y fijar este en la misma
C Conectar el cable de alimentacioacuten eleacutectrica del motor de modo que la rotacioacuten
sea a la derecha
D Colocar las poleas
E Ajuste la altura del motor de manera de que ambas poleas se encuentren al
mismo nivel
F Instalar las correas y ajustarlas mediante los tornillos del gato en la placa de
fijacioacuten del motor con el fin de darles la tensioacuten requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 67
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 68
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
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BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
natural gas industries
Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
Versioacuten 2008V1 Argentina Junio de 2008
Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
TRAINING GROUP Venezuela 2003
Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
Department of Energy Jan 1999
Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
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Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
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G Colocar el guarda-correas
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
Una vez instalados los equipos de superficie es necesario verificar que los frenos
retardadores o preventores de giro inverso esteacuten debidamente ajustados Si se
quiere detener la marcha del equipo es recomendable reducir la velocidad a la
miacutenima permitida por el sistema instalado (seguacuten sea un motovariador o sistemas
con variadores de frecuencia) de esta forma la parada seraacute suave y en los
equipos con motovariadores o sistemas de polea y correa de velocidad fija se
garantiza que el arranque posterior se realizaraacute a la miacutenima velocidad
Cuando se va arrancar el sistema es necesario verificar que no existan vaacutelvulas
cerradas a lo largo de la liacutenea de produccioacuten del pozo y asiacute mismo las vaacutelvulas en
los muacuteltiples de las estaciones
Una praacutectica aconsejable cuando se producen crudos muy viscosos consiste en
llenar la liacutenea de produccioacuten con agua despueacutes de una parada prolongada del
sistema o durante un intervencioacuten del pozo con la finalidad de evitar
obstrucciones al enfriarse el petroacuteleo lo que traeriacutea como consecuencia un
aumento del torque (y por ende un incremento de corriente) en el arranque del
sistema Si se trata de paradas eventuales debido a alguna falla se puede
inyectar diluente en la liacutenea de produccioacuten unos minutos antes de realizar el
arranque El caso maacutes grave es cuando existen fallas breves de energiacutea eleacutectrica
donde el arranque se realiza a plena velocidad (En caso de accionamientos sin
sistemas de arranque suave o sin variadores de frecuencia) y a maacutexima carga ya
que las liacuteneas se encuentran llenas y el nivel de fluido bajo en el pozo por lo tanto
el sistema demandaraacute la potencia necesaria para vencer la columna de fluido y la
inercia del fluido que se encuentra en el eductor y la liacutenea de flujo
Los arrancadores suaves y variadores de frecuencia permiten programar una
rampa de arranque para el motor eleacutectrico con lo cual se reduce el pico de torque
y corriente en la puesta en marcha del sistema y de esta forma se protegen tanto
los componentes eleacutectricos como mecaacutenicos
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Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
natural gas industries
Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
Versioacuten 2008V1 Argentina Junio de 2008
Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
TRAINING GROUP Venezuela 2003
Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
Department of Energy Jan 1999
Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 78
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las
variables de operacioacuten y control estas forman parte de la informacioacuten necesaria
para realizar a posteriori un adecuado diagnoacutestico y optimizacioacuten del conjunto
Hoy en diacutea considerando que los equipos de velocidad fija y los motovariadores
han quedado atraacutes y con la utilizacioacuten ldquomasivardquo de los variadores de frecuencia en
este meacutetodo de produccioacuten facilitan las mediciones de estas variables
Para las mediciones ldquoen vaciacuteordquo es necesario desacoplar la carga del sistema
motriz en los sistemas de cabezal de eje fijo y motorreductor esto se logra
separando los acoples mecaacutenicos mientras que en los equipos de polea y
correas es necesario realizar las lecturas antes de instalar las correas a la polea
conducida
La variables a medir son las siguientes
1048707 Velocidad de Rotacioacuten (rpm)
1048707 Frecuencia (Hz)
1048707 Velocidad del motor (rpm)
1048707 Intensidad de la corriente (Amp)
1048707 Tensioacuten en la red (Volt)
1048707 Tensioacuten de salida (Volt)
1048707 Torque (lb-pie)
1048707 Potencia (Kw o Hp)
1048707 Temperatura en el Variador de Frecuencia (degC o degF)
1048707 Presioacuten en el cabezal del pozo (lpc)
1048707 Variables analoacutegicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o
superficie) tales como presioacuten o temperatura
Adicionalmente es recomendable tomar nota de las capacidades de los equipos
instalados tales como torque relacioacuten de reduccioacuten de la caja potencia corriente
tensioacuten etc
Toda esta informacioacuten puede registrarse en formatos y los mismos se anexaran en
el expediente del pozo en conjunto con las curvas de la bomba instalada curvas
de vida uacutetil de los rodamientos del cabezal etc
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 69
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 70
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
natural gas industries
Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
Versioacuten 2008V1 Argentina Junio de 2008
Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
TRAINING GROUP Venezuela 2003
Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
Department of Energy Jan 1999
Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 78
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Una vez registrados todos estos paraacutemetros y verificando que las condiciones en
las liacuteneas y en la estacioacuten de flujo asiacute lo permitan se procederaacute con el arranque
para lo cual seraacute necesario acoplar el accionamiento a la carga (conectar los
acoples colocar las correas alas poleas etc) y arrancar el sistema a baja
velocidad
Es de suma importancia que el arranque sea a baja velocidad de rotacioacuten y
esperar que el conjunto pozo ndash sistema de bombeo se estabilice antes de
proceder con la optimizacioacuten
Dependiendo de los fluidos producidos de la temperatura de fondo y del tipo de
elastoacutemero el hinchamiento seraacute mas raacutepido o mas lento Durante la fase de
hinchamiento es posible que la eficiencia volumeacutetrica de la bomba sea baja (a
veces muy baja) por lo cual las medidas de torque potencia presiones de
superficie y la produccioacuten propiamente dicha del pozo seraacuten relativamente bajas
Durante estos primeros diacuteas se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las
variables de operacioacuten a diario de manera de observar el comportamiento del
sistema y su relacioacuten con el hinchamiento del elastoacutemero
Una vez que se determine que el sistema ldquoyacimiento - pozo ndash equipos de
produccioacutenrdquo esteacuten estabilizados se procederaacute con el proceso de optimizacioacuten
Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccioacuten disminucioacuten en
la sumergencia de la bomba incrementos en la presioacuten del cabezal (presioacuten en la
tuberiacutea de produccioacuten) en el torque y en la potencia requerida
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 73
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
natural gas industries
Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
Versioacuten 2008V1 Argentina Junio de 2008
Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
TRAINING GROUP Venezuela 2003
Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
Department of Energy Jan 1999
Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 78
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
TIacutePICOS PROBLEMAS DE OPERACIOacuteN EN SISTEMAS
Problema 1 Bajo caudal y Baja eficiencia volumeacutetrica (La velocidad es la
prefijada el rango de corriente esta normal)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotor no esta totalmente
insertado
Verifique el espaciado y corrija si es necesario
Presioacuten de descarga de
bomba inferior a la
necesaria
Verifique la altura de elevacioacuten necesaria por
caacutelculo Cambie el rotor si es necesario
Rotor bajo medida para la
temperatura del pozo
Cheque la temperatura y el tipo de rotor usado
Cambie el rotor si es necesario
Perdida en la tuberiacutea Busque el tubing roto y cambie la unioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
instalando la bomba por debajo del punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 71
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 72
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
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BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
natural gas industries
Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
Versioacuten 2008V1 Argentina Junio de 2008
Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
TRAINING GROUP Venezuela 2003
Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
Department of Energy Jan 1999
Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
acortamiento de la vida de la bomba
La productividad del pozo es
inferior a la esperada
Verifique el nivel de fluido reduzca la velocidad de
bomba Monitoree los cambios en la eficiencia
volumeacutetrica Compare con las de curvas
recomportamiento de la bomba
Altas perdidas por friccioacuten
por el uso de
centralizadores
Replantee la necesidad de centralizadores Si hay
disponibles use otro tipo de centralizador
Reemplace la bomba por otra que permita girar
maacutes lento sin centralizadores Cambie la tuberiacutea si
es posible
Estator esta desgastadoSaque la bomba Lleacutevela a un banco de ensayo y si
es necesario reemplaacutecela
Admisioacuten de bomba tapada
Levante el rotor fuera del estator desplace fluido
por el tubing para limpiar el estator re-espacie
ponga en produccioacuten y cheque la produccioacuten
Problema 2 Caudal intermedio Baja eficiencia volumeacutetrica (Velocidad normal
Consumo dentro del liacutemite esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Condicioacuten de falta de nivel
Verifique el nivel Baje la velocidad de bomba
Asegure que la velocidad no pase de 200 RPM Si
es necesario cambie la bomba para cumplir los
requisitos de produccioacuten
Alto GOR
Provea medios para anclas de gas natural
Instalando la bomba por debajo de punzado yo
usando un filtro de cola en el fondo de bomba Use
alguacuten tipo de ancla de gas
Reemplace la bomba por una de mayor
desplazamiento Corra la bomba a velocidades maacutes
bajas para evitar desgastes prematuros y
acortamiento de la vida de la bomba
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
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BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
natural gas industries
Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
Versioacuten 2008V1 Argentina Junio de 2008
Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
TRAINING GROUP Venezuela 2003
Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
Department of Energy Jan 1999
Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 78
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Bomba dantildeada o
sub-dantildeada
Saque la bomba
Cheque en el banco para poder usarla en otra
aplicacioacuten
Verifique los requerimientos hidraacuteulicos de la
instalacioacuten Reemplace la bomba por otra de mayor
capacidad de presioacuten y caudal para poder bajar las
RPM
Problema 3 Caudal intermitente Pobre volumeacutetrica eficiencia (Velocidad maacutes
baja que la normal Consumo maacutes alto que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor
tocando en el niple de paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros
Rotor aprisionado por
exceso de temperatura o
ataque quiacutemico
Saque la bomba cheque la temperatura de fondo
Verifique el anaacutelisis quiacutemico del fluido
Si es necesario cambie la formulacioacuten del
elastoacutemero
Rotor aprisionado por
soacutelidos
Levante el rotor y lave el estator
Problema 4 Sin produccioacuten Perdida de velocidad gradual (Consumo maacutes alto
que el esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal espaciado Rotor en
contacto con el niple de
paro
Levante el rotor Re-espacie Re-arranque Cheque
todos los paraacutemetros Cambie la bomba si es
necesario
Elastoacutemero hinchado
aumenta la friccioacuten con el
rotor
Saque la bomba Verifique la temperatura de fondo
Seleccione un nuevo rotor
Analice el fluido Cambie la composicioacuten del
elastoacutemero para cumplir con las condiciones de
fondo
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BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 74
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 75
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 76
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 77
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
natural gas industries
Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
Versioacuten 2008V1 Argentina Junio de 2008
Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
TRAINING GROUP Venezuela 2003
Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
Department of Energy Jan 1999
Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 78
BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS
Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS Paacutegina 79
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Alta interferencia entre rotor
y estator
Reemplace la bomba par otra capacidad de presioacuten
y caudal con destinto ajuste de compresioacuten
Seleccione rotor
Monitoreo de consumo
Problema 5 Sin produccioacuten Velocidad normal (Consumo bajado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Rotacioacuten contraria Verifique el giro Verifique si no hay pesca
Re-arranque
Rotor no esta insertado en
el estator
Verifique las medidas de instalacioacuten
Re-espacie Re-arranque
Monitoreo del caudal
Estator y rotor dantildeado
Cheque la profundidad de bomba y compare con la
longitud de barras cheque la presioacuten Cambie
partes si es necesario
Rotor o barras de pesca Profundice la instalacioacuten Re-espacie
Saque y repare Cambie la bomba
Tubing sin hermeticidad Verifique nivel de presioacuten Saque la columna de
produccioacuten repare la pesca
Tubing desenroscado o
cortado
Verifique el espaciado
Saque la sarta de barras y tubing repare
Problema 6 Perdida a traveacutes del sistema de sello permanecen altas a pesar de
haber ajustado el sello
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Las empaquetaduras estaacuten
gastadas
Verifique el estado de las empaquetaduras
Reemplace si es necesario
Camisa de revestimiento
esta gastada
Verifique la camisa y reemplace si esta dantildeada
Cambie tambieacuten las empaquetaduras
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Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
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BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
natural gas industries
Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
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Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
Department of Energy Jan 1999
Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
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Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
Haworth CG 1997 Updated field case studies on application and
performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
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Problema 7 Correas cortadas frecuentemente (Velocidad buena Corriente
dentro de lo esperado)
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Mal alineamiento entre
correas y poleas
Verifique y corrija si es necesario
Poleas gastadas yo rotas Verifique y cambie si es necesario
Las correas no son
adecuadas para la
aplicacioacuten
Verifique si el perfil es el correcto para la polea
Reemplace por el adecuado juego de correas o
poleas
Solicite soporte teacutecnico desde alguacuten representante
Problema 8 Nivel de aceite baja en un periodo de tiempo corto
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
ajustado
Verifique el sello reemplaacutecelo si es necesario
Compleacutetele nivel de aceite Arranque y verifique
perdidas
Tapoacuten de drenaje esta
suelto
Reapreteacute el tapoacuten
Problema 9 Perdida a traveacutes del sistema del sellado del vaacutestago
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Sistema de sello esta
dantildeado gastado o mal
armado
Cheque los elementos de empaque Reemplaacutecelos
si es necesario
Sistema de empaque suelto Verifique el ajuste Reajuste
El vaacutestago usado tiene la
zona de empaque gastada
dantildeada
Cheque el vaacutestago en la zona de sello
Caacutembielo si no fuera posible cambiar su posicioacuten
sin variar el espaciado
Problema 10 Temperatura del aceite del cabezal es alta
CAUSA PROVABLE ACCIOacuteN RECOMENDADA
Cabezal girando a mayor Verifique la velocidad Cambie la relacioacuten de poleas
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velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
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BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
natural gas industries
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Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
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Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
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PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
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Janeiro Brazil Septiembre 1997
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velocidad que la
recomendada para ese
modelo
para alcanzar la velocidad deseada de acuerdo al
desplazamiento de bomba
Cambieacute el tipo de cabezal por una eleccioacuten mas
adecuada a la aplicacioacuten
La especificacioacuten del aceite
no es la recomendada
Verifique el aceite Reemplace si fuera necesario
Nivel de aceite maacutes alto que
el recomendado
Verifique el final de aceite y corriacutejalo si es
necesario
RANGO DE APLICACIOacuteN
Produccioacuten de crudo pesado y bitumen (lt 12 deg API) con cortes de arena hasta 50
Produccioacuten de crudos medianos (de 12 a 20 deg API) con contenido limitado de H2S
Produccioacuten de crudos livianos dulces (gt 20 API) con limitaciones en el contenido de aromaacuteticos
Pozos de agua superficial Pozos productores con altos cortes de agua y
temperaturas relativamente altas Evaluacioacuten de nuevas aacutereas de produccioacuten
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CONCLUSIONES
Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
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BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
natural gas industries
Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
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Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
Department of Energy Jan 1999
Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
Fariacuteas Laura Hirschfeldt Marcelo Explotacioacuten de pozos con PCP en
yacimiento Diadema Tesis de Grado 2006
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performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
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Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace maacutes confiable en la
produccioacuten de petroacuteleos pesados Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en
el aporte de energiacutea ya que del petroacuteleo pesado se puede sacar maacutes derivados
El sistema de bombeo de cavidades progresivas es una tecnologiacutea que ha
demostrado ser una de las maacutes eficientes en levantamiento artificial en la
produccioacuten de petroacuteleos con elevada viscosidad y en pozos de difiacutecil operacioacuten
(alta temperatura presencia de gas y porcentajes de agua elevados) los
componentes de este sistema fue disentildeado para trabajar eficazmente en
condiciones extremas
Utilizando este sistema se tendriacutea una recuperacioacuten rentable de petroacuteleos
pesados en las reservas se tiene una mayor cantidad de estos que los petroacuteleos
convencionales La seleccioacuten de cada uno de sus componentes lo hace maacutes
eficiente que los otros sistemas de recuperacioacuten secundaria
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BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
1220 L Street NW | Washington DC 20005-4070 | USA Petroleum and
natural gas industries
Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
Versioacuten 2008V1 Argentina Junio de 2008
Chaciacuten Nelvy Bombeo de Cavidad Progresiva ESP OIL INTERNATIONAL
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Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
Department of Energy Jan 1999
Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
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Ciulla Francesco Principios fundamentales para disentildeos de bombas con
cavidad progresiva 2003
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performance of bottom drive progressing Cavity pumps SPE 39043 Rio de
Janeiro Brazil Septiembre 1997
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American Petroleum Institute NORMA API ldquoProgressive cavity pumps
systems for artificial liftmdashPart 1 Pumps mdashPart 2 Surface drive systemsrdquo |
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natural gas industries
Hirschfeldt Marcelo ldquoManual de Bombeo de Cavidades Progresivasrdquo
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Veil JA Langhus BG and Belieu S ldquoFeasibility Evaluation of Downhole
OilWater Separation (DOWS) Technology rdquoTechnical Report for US
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Matos Gutierrez Jaime Aquiles Optimizacioacuten de la produccioacuten por sistema
PCP Tesis de Grado Lima- Peruacute 2009
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