Presentacion cavidades progresivas

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  • Adrian
  • Carlos
  • Angee
  • Ferney
  • Bombas Tubulares. Este tipo de bombas el estator y el rotor son elementos totalmente independientes el uno del otro. El estator se baja en el pozo conectado a la tubería de producción, debajo de el se conecta el niple de paro, anclas de torque, anclas de gas, etc; y sobre el se instala el niple de maniobra, niples “X”, y finalmente la tubería de producción. En cuanto al rotor, este se conecta y se baja al pozo con la sarta de cabillas. En general esta bomba ofrece mayor capacidad volumétrica, no obstante, para el reemplazo del estator se debe recuperar toda la completación de producción.
  • Sarta de cabillas, representa el medio de transporte para la transmisión de energía desde la superficie hasta las bombas de subsuelo, cuyo movimiento estará influenciado por la inercia que se genera por el movimiento transmitido por la unidad de bombeo
  • Presentacion cavidades progresivas

    1. 1. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS Angee Clavijo Ferney Leiton Adrian Rojas Carlos RozoBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 1
    2. 2. ¿QUÉ ES UNA PCP?La bomba PCP esta constituida por dos piezas longitudinales en forma dehélice, una que gira en contacto permanente dentro de la otra que esta fija,formando un engranaje helicoidal:2.El rotor metálico, es la pieza interna conformada por una sola hélice3. 2. El estator, la parte externa está constituida por una camisa de acerorevestida internamente por un elastómero, moldeado en forma de héliceenfrentadas entre Si, cuyos pasos son el doble del paso de la hélice del rotor.BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 2
    3. 3. AVANCES• Producción de petróleos pesados y bitúmenes (<18 API) con cortes de arena hasta del 50%• Producción de crudos medios ( 18-30%API) con limitaciones en el porcentaje de SH2• Petróleos livianos(>30% API)con limitaciones en aromáticos• Producción de pozos con altos % de agua y altas producciones brutas, asociadas a proyectos avanzados de recuperación secundaria ( por inyección de agua).BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 3
    4. 4. VENTAJAS • Alta eficiencia total • Habilidad para producir fluidos altamente viscosos • Habilidad para producir con altas concentraciones de arena • Habilidad para tolerar altos porcentajes de gas libre ( no se bloquea) • Ausencia de válvulas o partes reciprocantes evitando el bloqueo o desgaste de las partes móviles • Muy buena resistencia a la abrasión • Bajos costos de inversión inicial • Bajos costos de energía • Demanda constante de energía • Simple instalación y operación • Bajo mantenimiento • Equipos de superficie de pequeñas dimensiones • Bajo nivel de ruido.BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 4
    5. 5. DESVENTAJAS • Las capacidades de desplazamiento real de hasta 2000 Bls/dia o 320 m3/dia (máximo 4000 Bls/dia o 64 m3/dia) • Capacidad de elevación de hasta 6000 pies 0 1850 metros (máximo 10050 pies o 3500 metros) • Resistencia a la temperatura de hasta 280 f o 138 c (máxima de 350 f o 178 c) • Alta sensibilidad a los fluidos producidos ( los elastómeros pueden hincharse o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por periodos prolongados de tiempo) • Opera con bajas capacidades volumétricas cuando se producen cantidades de gas libres considerables (evitando una buena lubricación)BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 5
    6. 6. • Tendencia del estator a daño considerable cuando la bomba trabaja en seco por tiempos relativamente cortos • Desgaste por contacto entre varillas de bombeo y la tubería de producción puede tornarse grave en pozos direccionales y horizontales • La mayoría de los sistemas requieren la remoción de la tubería de producción para sustituir la bomba • Los sistemas están propensos a altas vibraciones en el caso de operar a altas velocidades requiriendo el uso de anclas de tubería y estabilizadores o centralizadores de varillas de bombeo • Poca experiencia en el diseño, instalación y operación del sistemaBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 6
    7. 7. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTOEl Estator y el Rotor no sonconcéntricos , un motor transmitemovimiento rotacional al rotor quelo hace girar en si propio eje estemovimiento forman una serie decavidades idénticas y separadasentre si.Cuando el rotor gira en el interiordel estator estas cavidades sedesplazan axialmente desde elfondo del Estator hasta ladescarga creando un efecto desucciónLas cavidades estánhidráulicamente selladas y el tipode bombeo es de PROGRESIVAS BOMBEO DE CAVIDADES desplazamientopositivo. PRODUCCIÓN II 7
    8. 8. D= Diámetro mayor del rotor dr= Diámetro de la sección transversal del rotor E= Excentricidad del rotor. Ps= Paso del estator (Longitud de la cavidad = longitud de la etapa) Pr = Paso del rotorBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 8
    9. 9. Cada ciclo de rotación del rotor produce doscavidades de flujo. La sección de esta cavidad estadada por. A= 4 * d * EEl área y la velocidad son constantes. Así como elcaudal permanece uniforme. Estas característicasdel sistema son la deferencia entre el bombeoalternativo con descarga pulsante.El desplazamiento de la bomba, es el volumenproducido por cada vuelta del rotor, (En función delárea y de la longitud de la cavidad) V = A*L = 4*dr*E*PsEn tanto, el caudal es directamente proporcional aldesplazamiento y a la velocidad de rotación N Q=V*N = 4*dr*E*Ps*N BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 9
    10. 10. La capacidad de la bomba PCP está dada por las líneas de sellohidráulico formados entre el ROTOR-ESTATOR.BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 10
    11. 11. GEOMETRIAS Existen distintas geometrías en bombas PCP, y están relacionadas directamente con el número de lóbulos del estator y rotor. Y se clasifican en dos grandes grupos. • Singlelobe o single lobulares: Geometría 1:2 •Multilobe o multilobulares: Geometria 2:3 , 3:4 entre otras.BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 11
    12. 12. PRESIÓN EN LA BOMBA – DISTRIBUCIÓN Y EFECTOS La presión desarrollada dentro de la bomba depende de: • Numero de líneas de sello – etapas • Interferencia o compresión entre rotor y estator. La mayor o menor interferencia o compresión se puede lograr variando el diámetro La expansión del elastómero hace que la interferencia aumente. Está expansión se pueda dar por • Expansión Térmica . • Expansión química .BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 12
    13. 13. Cada sello es una etapa en la bomba, diseñadas para soportar unadeterminada presión diferencial. Se pueden presentar distintascombinaciones que afectan la distribución de la presión dentro de labomba. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 13
    14. 14. ELASTÓMEROS Elemento que puede ser estirado un mínimo de 2 veces su longitud y recuperar inmediatamente su dimensión original. Son la base del sistema PCP en el que está moldeado el perfil de doble hélice del estator. De su correcta determinación y su interferencia con el rotor depende en gran medida la vida útil de la PCP.BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 14
    15. 15. CONDICIONES DE ELASTOMEROS PARA PCP BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 15
    16. 16. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 16
    17. 17. COMPONENTES DE UN SISTEMA PCPBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 17
    18. 18. INSTALACION TIPICA• Consiste en un rotor de acero de forma helicoidal y un estator elastómero sintético moldeado en un tubo de acero.• El estator es bajado al fondo del pozo siendo parte del extremo inferior de la columna de tubos de producción, el rotor es conectado y bajado y bajado junto a las varillas de bombeo. El movimiento de rotación del rotor dentro del elastómero es transmitido por las varillas que están conectadas a un Cabezal. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 18
    19. 19. COMPONENTES DE LA COLUMNA DE TUBINGS ELASTOMERO PCP TUBINGBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 19
    20. 20. ELEMENTOS DE LA SARTA DE VARILLAS DE BOMBEOBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 20
    21. 21. INSTALACIÓN EN SUPERFICIEBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 21
    22. 22. CABEZAL DE ROTACION Es un equipo que se acciona mecánicamente instalado en la superficie sobre la cabeza del pozo. cabezal directoBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 22
    23. 23. PARTESBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 23
    24. 24. TIPOS DE CABEZALCABEZAL DIRECTO:•Carga axial de 33,000 libras•Torque continuo de 1,000 pie x libra.•potencia de 75 KW (100 HP)•El eje impulsor hueco permite el paso de una barra pulida de 1 1/4 o 1 1/2pulg•La contra rotación (back-spin) está controlada por un freno a discoautomático y de accionamiento hidráulico. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 24
    25. 25.  Cabezal directo (sin caja reductora): La relación es directa y viene determinado por la velocidad del motor y la velocidad requerida por el sistema.BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 25
    26. 26. CABEZAL ANGULAR:•Carga axial de 41,800 libras•Torque continuo de 1,000 pie x libra.•potencia de 75 KW (100 HP)•La contra rotación (back-spin) está controlada por un freno a discoautomático y de accionamiento hidráulico.BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 26
    27. 27.  Cabezal angular (con caja reductora): La rotación entre el eje del motor y el cabezal es inversamente proporcional a la relación total de transmisión. El torque es directamente proporcional a la relación total de transmisión.BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 27
    28. 28. MOTORREDUCTOR: •Facilidad para obtener velocidades bajas. •Posibilidad de utilizar un motor de combustión interna cuando no hay disponible energía eléctrica. •Carga axial de 33,000 libras •Torque continuo de 1,000 pie x libra. •Potencia de 75 KW (100 HP)BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 28
    29. 29. SISTEMAS DE TRANSMISION Puede ser un motor eléctrico o de combustión interna que transmite energía hasta el cabezal de rotación.BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 29
    30. 30. En ocasiones se utilizan poleas como cajas reductoras para manejarvelocidades menores a 150 RPM, con el fin de no hacer forzar el motor atrabajar a bajas RPM, ya que la insuficiencia de disipación de calor podríagenerar la falla del mismo. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 30
    31. 31. TIPOS DE SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Sistema con poleas y correas: La relación con poleas y correas se selecciona de acuerdo al tipo de cabezal y a la potencia/torque que se deba transmitir a las varillas de bombeo. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 31
    32. 32. SISTEMA DE FRENADO • Cuando el sistema PCP esta en funcionamiento, se acumula gran energía en forma de torsión sobre las varillas. • Si se para el sistema repentinamente la energía de las varillas se libera y gira inversamente para generar torsión. • Este proceso se conoce como Back Spin. • Durante este proceso se pueden alcanzar velocidades muy altas y genera grandes daños:  Daños en equipo de superficie  Desenrosque de la sarta de varillas  rotura violenta de la polea de cabezal.BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 32
    33. 33. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 33
    34. 34. PRODUCCIÓN II 34
    35. 35. TIPOS DE FRENOSFreno de accionamiento por fricción:Es utilizado para potencias transmitidas menores a 75 HP.Posee un sistema de disco y pastillas por fricción accionadas mecánica ohidráulicamenteSon instalados por fuera del sistema del cuerpo de cabezal. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 35
    36. 36. Freno de accionamiento hidráulico: Es de los mas utilizados por su gran eficiencia. Esta integrado al cuerpo del cabezal que consiste en un plato rotario que gira en sentido de las agujas del reloj. Al ocurrir el Back spin el plato acciona un mecanismo hidráulico que genera resistencia al movimiento inverso. Dependiendo del diseño del cabezal el mecanismo puede accionarse con juegos de válvula de drenaje, embragues mecánicos, entre otros.BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 36
    37. 37. FACTORES QUE AFECTAN EL DESEMPEÑO DE LA BOMBA. Interferencia.• Es una característica que intrínsecamente está asociada a la eficiencia de la bomba en cuanto a su desplazamiento y a su capacidad para transportar los fluidos hasta la superficie es el grado de ajuste o “apriete” entre el elastómero y el rotor• En una PCP se define como la diferencia entre el diámetro del rotor y el diámetro menor de la cavidad del estator, esta garantiza que exista el sello entre las cavidades que permite la acción de bombeo.• Cuando la bomba es sometida a una diferencia de presión entre su succión y su descarga, el fluido trata de romper este sello para regresar a las cavidades anteriores, lo cual se conoce como escurrimiento• Si la interferencia es muy pequeña el sello se rompe fácilmente PRODUCCIÓN II 37
    38. 38. Eficiencia y escurrimiento La eficiencia volumétrica se calcula como la relación entre el caudal real de la bomba y su caudal Teórico. A una presión diferencial igual a cero, la eficiencia volumétrica debería ser igual al 100 %, aunque se pueden encontrar diferencias debido a pequeñas diferencias dimensionales del rotor y/o estator. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 38
    39. 39. Efecto del escurrimiento sobre la eficiencia volumétrica de la bomba. Esta disminución es debido al escurrimiento del fluido a través de la línea de sello rotor/estator desde la zona de mayor presión a la de menor.El escurrimiento: Diferencia entre el desplazamiento (caudal) real de la bomba a unadeterminada presión diferencial y el caudal real inicial a presión cero. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 39
    40. 40. • Por ser una función de la presión diferencial, la eficiencia volumétrica y el deslizamiento también dependerán de :4. La capacidad de elevación de la bomba (presión máxima o numero de etapas)6. La viscosidad del flujo.8. Interferencia entre estator y rotor (ajuste)BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 40
    41. 41. Eficiencia en función de la capacidad de elevación de la bombaSe puede apreciar que a medida que aumenta el numero de etapas de la bomba, elescurrimiento disminuye y la eficiencia aumenta, debido a que cada cavidad soportamenor presión. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 41
    42. 42. Eficiencia en función de la viscosidad del fluidoEsta también contribuye a disminuir el escurrimiento y aumentar ladeficiencia volumétrica a medida que su valor es mayor. La eficiencia inicial menor en el caso de fluidos mas viscosos se debe a que el área de flujo transversal se ve afectada por la adherencia del elemento viscoso a las paredes tanto del estator como del rotor. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 42
    43. 43. Eficiencia en función de la interferencia rotor/estatorA una presión diferencial dada, el escurrimiento y la eficienciavolumétrica son extremadamente dependientes del ajuste porinterferencia entre rotor y estator. A medida que el fluido se deslice a través de las líneas de sello a una presión diferencial dada, disminuyendo las perdidas por escurrimiento. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 43
    44. 44. FALLAS EN ELASTOMEROS HISTERESIS •Deformación cíclica excesiva del elastómero •Interferencia entre el rotor y estator alta •Elastómero sometido a alta presión •Alta temperatura/ poca disipación del calorBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 44
    45. 45. ELASTÓMERO QUEMADO POR LA ALTA TEMPERATURA •Cuando la bomba trabaja sin fluido (sin lubricación) por largos periodos de tiempo •La falta de fluido puede deberse a la falta de producción del pozo u obstrucciones de la sección •Se eleva la temperatura y se produce la quema del elastómeroBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 45
    46. 46. ELASTÓMERO DESPEGADO •Falla en el proceso de fabricación, debido a la falta de pegamento •Puede también combinarse con efectos del fluido producido y las condiciones del pozoBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 46
    47. 47. ABRASIÓN•La severidad puede depender de:abrasividad de las partículas, cantidad,velocidad del fluido dentro de la bomba y através de la sección transversal de lacavidadBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 47
    48. 48. FALLAS EN ROTORES Desgaste por abrasión sin afectar el material base Cromado saltado sin afectar el material base Desgaste por abrasión sin afectar el material base y si afectar el cromado en forma totalBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 48
    49. 49. Desgaste profundo localizado Desgaste metal - metalBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 49
    50. 50. GUÍA PARA EL DIEÑO DE UN PCP 3.Datos del pozo 4.Datos de la bomba 5.Calculo teórico del caudal 6.Cálculo de presión sobre la bomba 7.Cálculo de la potencia consumida 8.Cálculo de torques 9.Cálculo de esfuerzos axiales 1. Debido a la presión sobre la bomba 2. Debido al peso de la varilla 12.Cálculo de las tensiones combinadas 13.Cálculo de estiramiento de la sarta de varillasBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 50
    51. 51. 3. Cálculo teórico del caudal La sección de la cavidad es generada por : A=4*d*E El desplazamiento de la bomba, es el volumen producido por cada vuelta del rotor: V=A*Pe (cm3) El caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la velocidad de rotación N: Q=V*N CBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 51
    52. 52. 4. Cálculo de presión sobre la bombaLa presión total sobre la bomba está dada por:•Presión de boca del pozo (Dato)•Presión por fricción P. fricción= Long tubing * factor de pérdida•Presión debido a la columna de liquido a elevar TDH= Pbdp + Pfricción + P nivelBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 52
    53. 53. 5. Cálculo de potencia requeridaPara el caso de bombas PCP se considera un rendimiento = 0,6 – 0,76. Cálculo de torques Torque= K*Hp K – 5252 para torque (lb*ft) RPMRPM = Qrequerido C*Efi7. Cálculo de esfuerzos axiales 1. Debido al peso de la varilla (F1) F1= longitud *peso de varilla 2. Debido a la presión sobre la bomba (F2) F = F1+F2BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 53
    54. 54. 8. Cálculo de las tensiones combinadasBOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 54
    55. 55. RANGO DE APLICACIÓN• Producción de crudo pesado y bitumen (<12° API) con cortes de arena hasta 50• Producción de crudos medianos (de 12 a 20 ° API) con contenido limitado de H2S• Producción de crudos livianos dulces (> 20 API) con limitaciones en el contenido de aromáticos• Pozos de agua superficial• Pozos productores con altos cortes de agua y temperaturas relativamente altas• Evaluación de nuevas áreas de producción. PRODUCCIÓN II 55
    56. 56. CLASIFICACIÒN• Bombas Tubulares.• Bombas tipo Insertable• Bombas de geometría simple• Bombas Multilobulares• Bombas de Alto Caudal• Bombas de gran altura (head). PRODUCCIÓN II 56
    57. 57. Tubulares Insertable• El estator y el rotor son elementos • El estator y el rotor son totalmente independientes el uno elementos independientes, del otro. ambos son ensamblados de• El estator se baja en el pozo manera de ofrecer un conjunto conectado a la tubería de único el cual se baja en el pozo producción con la sarta de cabillas hasta conectarse en una zapata o niple• Al rotor, este se conecta y se baja al de asentamiento pozo con la sarta de cabillasGeometría simple Multilobulares• Son aquellas en las cuales el • Ofrecen relaciones 2x3, número de lóbulos del rotor 3x4, etc . estas bombas es de uno, mientras que el ofrecen mayores caudales estator es de dos lóbulos que sus similares de (relación 1x2). geometría simple. PRODUCCIÓN II 57
    58. 58. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRODUCCIÓN II 58

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