Dinamometria y cartas dinamometricas
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    Dinamometria y cartas dinamometricas Dinamometria y cartas dinamometricas Presentation Transcript

    • DINAMÓMETROLa palabradinamómetro viene delgriego; dina, mediciónde fuerza y metro,magnitud.Por tanto, undinamómetro para lavarilla pulida es undispositivo con el que setoma un registrocontinuo del patrón defuerzas a través deldesplazamiento de lavarilla pulida.
    • Dicho lo anterior, el dinamómetro es un indicador de peso que registra la cargasobre la varilla pulida y la respectiva posición de la misma; ambos registros setoman con respecto al tiempo.Registros de cargas-desplazamientos contra el tiempo.
    • Con este tipo de graficasse toman los datoscorrespondientes a unacarta dinamométricasuperficial, la cual debeinterpretarse paraobtener una cartadinamométrica de labomba que permitadiagnosticar elcomportamiento delaparejo de bombeomecánico.
    • Los datos superficiales ya antes obtenido de carga ydesplazamiento contra el tiempo se meten a un programa decomputo que además también requiere información sobre eldiseño de la sarta de varillas de succión y otros parámetrosrelativos al diseño.Como resultado se obtiene la carta dinamométrica a laprofundidad de colocación de la bomba de la cual sedeterminan sus condiciones de operación.
    • El dinamómetro se utiliza para hacer dos tipos diferentes de análisis:
    • Para llevar a cabo la prueba del dinamómetro en elcampo, es deseable que se conozca informaciónreferente de:•La instalación del equipo.•Historia operativa del pozo, del equipo en servicio y elconocimiento de las condiciones del yacimiento.•Pruebas de los fluidos de producción, preferentementeun día antes de que la prueba del dinamómetro se llevea cabo.•Datos como la velocidad de bombeo, la longitud decarrera de la varilla pulida, etc.El conocimiento completo del comportamiento debombeo con varillas de succión puede reducir los costosde producción e incrementar la proporción de aceiterecuperado.
    • Dinamómetroelectrico Delta IIEs uno de losdinamómetros másimportantes yrecientementedesarrollados.Sus principalescomponentes son:Transductor de carga.Transductor deposición odesplazamiento.Registrador de doscanales.
    • Transductor de carga.Es un registrador de esfuerzos de alta sensibilidad el cual vamontado entre la grapa (grampa) de la varilla pulida y elsoporte. Las cargas debidas a la compresión cambian laresistencia en el registrador de esfuerzos. Las diferenciasresultantes de potencial a través de los registradores songrabadas en el lado derecho del registrador de dos canales enforma de carga contra tiempo.
    • Transductor de posición.Es un servo-mecanismo el cual acciona a la bobina delpotenciómetro. Los cambios de potencial a través de labobina son grabadas en el lado izquierdo del registrador dedos canales en forma de desplazamiento contra tiempo.
    • Registrador de dos canales.Es un sistema de grabación portátil diseñada para medirvariables tales como esfuerzos, presiones, velocidades,aceleraciones, etc., éste registrador opera a 60 ciclos y conuna potencia de 115 v. obtenida de un convertidor que esoperado a partir de una batería de automóvil.
    • El dinamómetro más simple sería un resorte con una escala y una pluma o estilete unidoen uno de sus extremos para registrar las deflexiones del resorte sobre el papel que sedesplaza en forma perpendicular al eje del resorte.
    • El peso W representa la carga de varillas que alarga alresorte hacia abajo y luego es liberado de dicha carga. Elpatrón de fuerza describe una curva senoidal, el área bajo laprimera mitad del ciclo es positiva y es negativa en lasegunda mitad.Debido a que el trabajo se define como la fuerzamultiplicada por la distancia sobre la que actúa, el área bajoun diagrama de fuerza continua, es proporcional al trabajorealizado.A este diagrama de fuerzas vs desplazamiento se le llamacarta dinamométrica y de la medida exacta del trabajoefectuado en la varilla pulida, además de que habla de lascondiciones de bombeo.
    • AVANCES DE LA INTERPRETACIÓN DE LA CARTADINAMOMÉTRICA.En el año de 1959, el centro de investigaciones de KansasCity, Missouri, desarrolló un procedimiento para unacomputadora eléctrica analógica, que relacionó el patrón deesfuerzos en la varilla pulida con la carga en la bombasubsuperficial, es decir, la carta dinamométrica que hizoposible el análisis exacto del comportamiento de la bomba.También S. G. Gibbs, desarrolló una técnica para generaruna carta dinamométrica de la bomba subsuperficial muyexacta, a partir de una carta dinamométrica superficial,utilizando un modelo matemático para resolver la ecuaciónde transmisión de ondas de esfuerzos mediantecomputadora.
    • Beneficios:La información que se obtiene con estos métodos, ademásde ser exacta, permite obtener datos importantes como:Existencia de fugas.Movimientos de la tubería de producción.Cartas dinamométricas a diferentes profundidades a lolargo de la sarta de varillas.Mal funcionamiento de anclas o empaques.Fricción, etc.
    • Carta dinamométrica.Es un diagrama de carga contra desplazamientoresultante del registro de todas las fuerzas que actúansobre la varilla pulida con respecto a su posición encualquier instante durante el ciclo de bombeo. Eldiagrama registrado está dado con la posición de lavarilla pulida en la abscisa y la carga en la ordenada.
    • Mediante el dinamómetro es posible obtener lasiguiente información:1.Cargas en el equipo superficial.Debido a que el dinamómetroproporciona una gráfica continua de carga ydesplazamiento de la varilla pulida vs tiempoes posible determinar.a)Cargas máxima y mínima en la estructura dela unidad de bombeo.b)Torsión en el reductor de engranes y en elmotor principal, cuando se conocen losfactores de torsión.c)Trabajo realizado por la varilla pulida paraelevar el fluido y vencer la fricción.d)Contrabalanceo apropiado.2.Cargas en la sarta de varillas.a)Carga máxima, mínima, esfuerzos en lasvarilla y rango de cargas.b)Número de inversiones de carga por ciclo dela manivela.3.Comportamiento de la bombasubsuperficial.El sistema de bombeo mecánico puedecompararse con un sistema de transmisión, labomba como transmisor y el dinamómetro enla varilla pulida como receptor.
    • Cada vez que la bomba realiza unacarrera, se envía una señal de fuerza alo largo de la sarta de varillas a unavelocidad de 15800 [pies/segundo],hasta la superficie, donde se registrapor medio del dinamómetro. Cadacondición distinta en el fondo delpozo, envía una señal de fuerzadiferente a la superficie y en algunoscasos, un analista experimentado,puede determinar el comportamientode la bomba, e interpretando laforma del perfil de la gráficadinamométrica para diagnosticar:Condiciones de trabajo de lasválvulas viajera o de pie.La existencia de golpeteo de fluidosy su magnitud.Candado de gas en la bomba.Fricción excesiva.Si la bomba está o no bombeandoen vacío.Condición de sobreviaje del émboloo reducción del viaje del mismo.
    • Limitación de la interpretación visual.En pozos someros, donde la carga de varillas y fluido secomportan como una masa concentrada, la cartadinamométrica superficial es suficiente para determinar lascargas y diagnosticar problemas desde el motor principalhasta la bomba subsuperficial.En cambio para pozos profundos, la naturaleza elástica de lasarta de varillas presenta un patrón de carga más complejo yla interpretación de la carta para diagnosticar problemaspozo abajo es casi siempre imposible.La información que puede obtenerse de la interpretación visuales cualitativa y su éxito depende de la experiencia del analista.
    • CONSTRUCCION DE UNA CARTADINAMOMETRICA TIPICA. La construcción se realiza descomponiendo a la carta en susmas simples elementos y paso a paso se incluyen lasdeformaciones que sufre, hasta obtener la forma de la cartadinamométrica típica.Supongamos que la varilla pulida de la unidad de bombeoempieza a levantar la carga lentamente hasta la parte superiorde la carrera. En este momento la masa concentrada se cambiapor otra mas pequeña equivalente al peso de las varillas solas yregresa al fondo de la carrera también lentamente.
    •  El área A1(a, h, b, c, d, g) es proporcional al trabajopositivo realizado por la unidad en la varilla pulida paraelevar a las varillas y al fluido . El área A2(d, e, f, g) esproporcional al trabajo negativo realizado por las varillasflotando conforme son jaladas hacia abajo por la fuerza degravedad.Estas cartas representan movimiento, hacia delante en lacarrera ascendente y hacia atrás en la carrera descendente. la imagen anterior debe doblarse de modo que puedaapreciarse la diferencia entre las areas (A1-A2), es decir, eltrabajo neto realizado.
    • Este rectángulo,(h, b, c, d), describe un comportamiento ideal de la operación de labomba, de acuerdo a la secuencia del ciclo de bombeo.
    • COMPORTAMIENTO IDEALEn el punto h, la valvula viajera se cierra y se inicia lacarrera ascendente del émbolo.Del punto h al punto b, la carga del fluido estransferida de la tubería de produccion a la sarta devarillas.En el punto b, la valvula de pie abre y permite laentrada de fluidos del pozo, al barril de la bomba.De b a c, la carga de fluido es elevada al embolo, almismo tiempo que se está llenando el barril de labomba.
    • En el punto c, se cierra la valvula de pie y se inicia lacarrera descendente del émbolo, permaneciendocerrada la valvula viajera.De c a d, la carga de fluido es transferida de lasvarillas a la tubería de producción.En el punto d, se abre la valvula viajera y se establecela comunicación entre el fluido del barril y el fluido dela tubería de produccion.De d a h, el embolo desplaza el fluido del barril de labomba, a traves de la valvula viajera, hacia la partesuperior del embolo. Apartir del punto h el ciclo serepite.
    • PRINCIPALES CARTAS DINANOMETRICAS Los principales usos de las cartas dinamométricas de labomba es identificar y analizar los problemas en el fondo delpozo.Existe una serie de síntomas que permiten confeccionar undiagnostico eficiente al pozo que se estudia, complementándoseen la mayoría de los casos con la medición de nivel usando elecómetro.
    • Pérdidas en válvulas.Representación en echometer (fugas en la válvulaviajera).• Se produce cuandoel desgaste una oambas válvulasocasiona que noexista un cierreperfecto y seproduzca un mediode comunicaciónentre la columna defluido y el fondocausando que elfluido levantado seregrese.
    • Representación con el echometer (fugas en la válvula estacionaria).
    • Pérdida de producción por tubingroto.• Cuando en la cartadinamométrica se observaque se produce un perfectollenado en la bomba, esdecir, que la forma de lacarta sale normal y el pozono produce o no tiene lapresión suficiente para quesu producción avance a laestación o al tanque, existe laposibilidad de que exista unafuga por rotura del tubing,pero se puede verificar conmayor precisión realizandouna prueba de hermeticidad.
    • Golpe de fluido.• Por lo general existendiseños en los que laproducción no seequipara con larestauración del pozo y sepuede presentar un golpede fluido por no poseerun buen nivel en el pozo,es decir que el pistón nose llena en su totalidad ycuando el pistón bajapega un golpe fuerte en elfluido.
    • Interferencia de Gas.• Se produce debido aque existe gas disueltopor debajo de lasucción de la bomba,donde buena parte dela carrera del pistón seocupa en comprimirgas.
    • Bloqueo por gas.• Se produce cuando lacantidad de gas libre estal, que la presión que selevanta dentro de ella noalcanza a superar lapresión de disolución delgas en el petróleo. De talmanera que al subir elpistón se va a expandir lamezcla del petróleo ygas, al bajar nuevamentese va a comprimir, comosi estuviera trabajandoun resorte dentro de labomba.
    • Pesca de varillas• Es muy evidenteporque la bomba notrabaja, por lo tanto elárea de trabajo será nulaya que estadesconectada y ademásel único trabajo querealiza el aparato debombeo es subir y bajarvarillas, aparecen en lacara dinamométrica unalínea horizontal,coincidente con la cargade las válvulas.
    • Alta Aceleración del Fluido (Inercia delFluido)• Se presenta en pozos que tienengrandes pistones y son someros(<4000ft), la presión sobre el pistónno es constante en la carreraascendente. Cuando la válvulaviajera cierra al principio de lacarrera ascendente, el pistón recogey acelera toda la columna de fluidoesto coloca una onda de presión enel fluido, en la tubería que viaja porla tubería reflejándose en superficie ybaja de nuevo.• La inercia del fluido en la tuberíahace aumentar la carga del pistónmientras este realiza la carreraascendente y acelera el fluido
    • Barril de la Bomba Gastado o partido.• Una fuga del liquidopasa el pistón causandouna caída de cargahasta que el pistónllegue a la seccióngastada y se establecede nuevo un buen selloentre el pistón y elbarril.
    • Principios de movimientoSuponiendo que se tienen las mismas consideracionesanteriores, excepto que la velocidad de bombeo tienealgun valor normal. En este caso, el patron de cargasrectangulares se modifica.Es necesario recordar dos principios elementales de lafisica: La fuerza requerida para acelerar cualquier masa dada, esdirectamente proporcional a la aceleracion. En el movimiento reciprocante generado por el sistema biela-manivela,donde una masa se mueve de A a B y regresa a A, elmayor valor de aceleracion se tiene en el instante en que seinicia el movimiento en A y disminuye a cero en algun puntocercano a la posicion media, incrementandose una vez mashasta el maximo en B.
    • El arranque desde el fondo con la masa máxima,requiriendo un mayor esfuerzo en la varilla pulida.Conforme esta masa se eleva, esta sujeta a menos ymenos aceleración hasta aproximadamente la mitad dela carrera ascendente, donde la aceleración es cero.Desde este punto hasta la parte superior de la carrera ,la masa desacelera, por lo cual, se resta del pesoestático de varillas y fluido.Cuando la carga de varillas inicia su descenso desde laparte superior de la carrera, nuevamente la aceleraciónes máxima y también se resta del peso estático de lasvarillas, por lo cual, la carga de las varillas pulidas esmínima.
    • El componente de aceleración disminuye hastaaproximarse a la mitad de la carrera descendente,donde una vez mas comienza a sumarse al peso de lasvarillas que se desaceleran otra vez hasta llegar alfondo de la carrera.Es el movimiento armónico simple en la varilla pulida,que tiende a desarrollar una aceleración lineal.En una unidad de bombeo real, la relación biela-manivela nunca se aproxima a infinito, lo cual esnecesario para desarrollar para desarrollar elmovimiento armónico simple, entonces, el patrón deaceleración en la varilla pulida queda modificado porel llamado factor de la maquina.
    • Movimientos a considerar para una cartadinamométrica.Son: alargamiento de las varillas, movimientoarmónico de las varillas y amortiguamiento.Los siguientes movimientos nos dan un idea paraentender la naturaleza y estructura de una cartadinamométrica y lo que esta nos dice delcomportamiento de la bomba y del sistema debombeo mecánico.
    • ALARGAMIENTO DE LAS VARILLASLa sarta de varillas elástica y su carga de fluidos sonelevadas por su varilla pulida, pero la carga total no semueve hacia arriba simultáneamente como una masaconcentrada, sino que cada sección de la sarta devarillas, de abajo hacia arriba, tiende a alargarseligeramente mas que la sección inmediata anterior.Conforme la varilla inicia su movimiento ascendente, lasvarillas comienzan a alargarse y la carga en la varilla sehace cada vez mas grande.
    • En la parte superior de la carrera, las varillas se contraencon una disminución sucesiva de la carga, la válvulaviajera se abre y la carga de fluido se trasfiere a latubería de producción y la sarta inicia su descenso.En la imagen se muestraeste alargamiento ycontracción de lasvarillas que modificanuestra cartadinamométrica.
    • MOVIMIENTO ARMONICO DE LAS VARILLASSi una masa elástica de varillas esta suspendida en elaire desde la parte superior y se le aplica una fuerza enla parte inferior, la sarta tiende a vibrar con ciertafrecuencia.En un pozo productor despues de que ocurre elalargamiento de las varillas la valvula viajera se cierra yla sarta empieza a vibrar con una cierta frecuencianatural.Similarmente, cuando las varillas llegan a la partesuperior de la carrera, comienzan a bajar y quedanliberadas del alargamiento, entonces, la sartanuevamente comienza a vibrar.
    • Por lo tanto, en un sistema elastico, el diagrama decargas se modifica por el patron de vibraciones dela sarta de varillas.
    • AMORTIGUAMIENTOPara este caso supongamos que la sarta de varillasesta vibrando a su frecuencia natural. Ésta seguiráoscilando con su movimiento hacia arriba y haciaabajo hasta que la fricción amortigüe esas vibraciones.Sin embargo, en realidad la sarta de varillas vibra conuna pesada carga de fluido, esto durante la carreraascendente, contra una considerable fuerza defricción, por lo que la altura de las ondas de esfuerzoserá sucesivamente menor en cada vibración.
    • No solamente la fricción interna tiende a amortiguarlas vibraciones sino que la fricción externa dada por lamasa del fluido, también producirá una rápidadisminución en el patrón de vibraciones.
    • CALCULO DE PARAMETROS YPARTES DE LA CARTALa presión de fondo es: La carga del fluido es:Donde:Wf : carga del fluidoWfm : carga del fluido medidoAp: Area del emboloL : nivel real de la bombaɤ : densidad relativa.
    • De la tabla de un embolo de 1 ¾ pg.Ap=2.405 pg2L=L1 + L2=3,500+2,000= 5,500 piesWr= L1*m1 + L2*m2 Donde: Wr es el peso de las varillas De tabla para varilla de ¾ y 7/8 pg. Determinamos el peso unitario decada sección de la sarta.m1=1.63 lb/pie y m2=2.16 lb/pieWr=3,500 pies*1.63 lb/pie + 2,000 pie*2.16 lb/pieWr=10,025 lb
    • Wrm: peso de las varillas medidoWr: peso de las varillasWfm: carga del fluido medidoWrfm: peso total de las varillas en el fluido medido
    • Finalmente:Para el nivel de fluido neto:Entonces:
    • El conocimiento de la carta dinamométrica y suanálisis, nos pueden maximizar los beneficios demuchos pozos productores, asegurando que launidad de bombeo y varillas operen de una formamas económica y dentro de sus rangos de carga,además de que bomba subsuperficial estaejecutando su trabajo con máxima eficiencia.CONCLUSION