Bcp gr 1

4,667 views

Published on

0 Comments
3 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
4,667
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
477
Actions
Shares
0
Downloads
287
Comments
0
Likes
3
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Bcp gr 1

  1. 1. Natalia Garzón ForeroDiana María HernándezIvón Herrera ToroJuan Gabriel RojasMaría Paula RomeroJulián Toloza
  2. 2. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS RESEÑA HISTORICA A fines de los años 20 Rene moineau desarrollo el concepto para una serie de bombas helicoidales una de ellas tomo el nombre de progressing cavity pump (pcp).
  3. 3. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVASLa 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:1. El rotor metálico, es la pieza interna conformada por una sola hélice2. 2. El estator, la parte externa está constituida por una camisa de acero revestida internamente por un elastómero, moldeado en forma de hélice enfrentadas entre Si, cuyos pasos son el doble del paso de la hélice del rotor.
  4. 4. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS En 1979: algunos operadores de Canadá, de yacimientos con petróleos viscosos y alto contenido de arena, comenzaron a experimentar con bombas de cavidades progresivas. Muy pronto, las fábricas comenzaron con importantes avances en términos de capacidad, presión de trabajo y tipos de elastómeros.
  5. 5. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS 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).
  6. 6. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS INCREMENTO
  7. 7. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS 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.
  8. 8. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS 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)
  9. 9. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS• 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 sistema
  10. 10. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS 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 la descargacreando un efecto de succiónLas cavidades estánhidráulicamente selladas y el tipode bombeo es de desplazamientopositivo.
  11. 11. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVASD= Diámetro mayor del rotordr= Diámetro de la sección transversal del rotorE= Excentricidad del rotor.Ps= Paso del estator (Longitud de la cavidad = longitud de la etapa)Pr = Paso del rotor
  12. 12. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVASCada 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
  13. 13. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVASLa capacidad de la bomba PCP está dada por las líneas de sellohidráulico formados entre el ROTOR-ESTATOR.
  14. 14. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS GEOMETRIASExisten distintas geometrías en bombas PCP, y están relacionadasdirectamente con el número de lóbulos del estator y rotor. Y seclasifican en dos grandes grupos.• Singlelobe o single lobulares: Geometría 1:2•Multilobe o multilobulares: Geometria 2:3 , 3:4 entre otras.
  15. 15. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS PRESIÓN EN LA BOMBA – DISTRIBUCIÓN Y EFECTOSLa 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 variandoel diámetroLa expansión del elastómero hace que la interferencia aumente. Estáexpansión se pueda dar por• Expansión Térmica .• Expansión química .
  16. 16. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVASCada 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 la bomba.
  17. 17. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS ELASTÓMEROSElemento que puede ser estirado un mínimo de 2 veces sulongitud y recuperar inmediatamente su dimensión original.Son la base del sistema PCP en el que está moldeado el perfil dedoble hélice del estator. De su correcta determinación y suinterferencia con el rotor depende en gran medida la vida útil dela PCP.
  18. 18. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS Condiciones de elastómeros para PCP• Resistencia a la fatiga: (Hasta 500.000.000 de ciclos acumulados de deformación cíclica).• Elasticidad: Fuerza necesaria por unidad de superficie para estirar una unidad de longitud.• Dureza Shore “A”: Fuerza requerida para deformar la superficie del elastómero.• Resistencia al corte: Fuerza necesaria para cortar la muestra en condiciones ASTM.• Resiliencia: Velocidad para volver a la forma original, para poder volver a sellar las cavidades.• Permeabilidad: Para ecitar la descompresión explosiva, en paros de producción de pozos con gas libre en la succión de la bomba.
  19. 19. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS Elastómeros para petróleoCAUCHO NBR (NITRILE BUTADIENE RUBBER):Cadenas copolímeras de butadieno y acrilonitrilo (ACN) Butadieno Acrilonitrilo
  20. 20. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS COMPONENTES DE UN SISTEMA PCP
  21. 21. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS Instalación típica• 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 estan conectadas a un Cabezal.
  22. 22. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS Componentes de la columna de tubingsCAÑO DE ANCLA DE NIPLE DE PARO FILTRO TORQUE NIPLE ESTATOR PCP INTERMEDIO O ESPACIADOR
  23. 23. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS ZAPATOPROBADOR DE TUBINGHEMERTICIDAD
  24. 24. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS Elementos de la sarta de varillas de bombeo ROTOR TROZO DE MANIOBRA VARILLAS DE BOMBEO API
  25. 25. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS VARILLAS DE BOMBEO NO CONVENCIONALES VASTAGO
  26. 26. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS INSTALACIÓN EN SUPERFICIE Obtenidos los parámetros de operación para accionar los equipos de subsuelo Es necesario dimensionar los Prevenir la fuga equipos de de fluidos a la superficie para superficie. que proporcionen la energía Lo anterior se hace Entregar el torque a través de : al vástago, y Suspender la sarta rotarlo a la de varillas y velocidad soportar la carga requerida. axial del equipo de fondo
  27. 27. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS Cabezal de rotaciónEs un equipo que se acciona mecánicamente instalado en la superficiesobre la cabeza del pozo. cabezal directo
  28. 28. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVASPARTES:• Sistema de rodamientos o cojinetes:Se utilizan para soportar la carga axial del sistema• Sistema de freno:Pueden ser frenos mecánicos o hidráulicos, que están integrados a laestructura del cabezal o externos a este.• Ensamblaje de instalación:Incluye un sistema de empaque (Stuffing box), que se utiliza para evitar lafiltración de fluidos a través de las conexiones de superficie.
  29. 29. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS 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 1/2 pulg• La contra rotación (back-spin) está controlada por un freno a disco automático y de accionamiento hidráulico.
  30. 30. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVASCABEZAL 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 disco automático y de accionamiento hidráulico.
  31. 31. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVASMOTORREDUCTOR:• 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)
  32. 32. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS Sistema de transmisiónPuede ser un motor eléctrico o de combustión interna que transmiteenergía hasta el cabezal de rotación.
  33. 33. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVASEn 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.
  34. 34. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS Tipos de sistemas de transmisión1. Sistema con poleas y correas2. Sistema de transmisión a engranajes3. Sistema de transmisión hidráulica
  35. 35. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS1. Sistema con poleas y correas:La relación con poleas y correas se selecciona de acuerdo al tipo decabezal y a la potencia/torque que se deba transmitir a las varillas debombeo.
  36. 36. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS Cabezal directo (sin caja reductora):La relación es directa y viene determinado por la velocidad del motor y lavelocidad requerida por el sistema.
  37. 37. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS 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.
  38. 38. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS 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.
  39. 39. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
  40. 40. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS Tipos de frenos• Freno de accionamiento por fricción: Es utilizado para potencias transmitidas menores a 75 HP. Posee un sistema de disco y pastillas por fricción accionadas mecánica o hidráulicamente Son instalados por fuera del sistema del cuerpo de cabezal.
  41. 41. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS• 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.
  42. 42. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS INTERPRETACIÓN DE ENSAYOS DE BANCO DE PRUEBA• Eficiencia y escurrimiento La eficiencia volumétrica de la bomba tiende a diferencial entre ella. 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 una determinada presión diferencial y el caudal real inicial a presión cero.
  43. 43. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVASEfecto del escurrimiento sobre la eficiencia volumétrica de labomba.
  44. 44. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS• Por ser una función de la presión diferencial, la eficiencia volumétrica y el deslizamiento también dependerán de : 1. La capacidad de elevación de la bomba (presión máxima o numero de etapas) 2. La viscosidad del flujo. 3. Interferencia entre estator y rotor (ajuste)
  45. 45. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS• Eficiencia en función de la capacidad de elevación de la bombaLas curvas de comportamiento de cuatro bombas de distintascapacidades de elevación y la misma capacidad de desplazamiento(caudal por RPM).Se puede apreciar que el escurrimiento disminuye a medida queaumenta el numero de etapas de la bomba, debido a que cada cavidadsoporta menor presión.
  46. 46. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
  47. 47. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS• 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 inicial menor en el caso de fluidos mas viscosos se debe a que elárea de flujo transversal se ve afectada por la adherencia del elementoviscoso a las paredes tanto del estator como del rotor.
  48. 48. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
  49. 49. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS• Eficiencia en función de la interferencia rotor/estatorA una presión diferencial dada, el escurrimiento y la eficiencia volumétricason extremadamente dependientes del ajuste por interferencia entrerotor y estator.A medida que el fluido se deslice a través de las líneas de sello a unapresión diferencial dada, disminuyendo las perdidas por escurrimiento.
  50. 50. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS
  51. 51. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS FALLAS EN ESTATORES HISTERESIS • Deformación cíclica excesiva del elastómero • Interferencia entre el rotor y estator alta • Elastómero sometido a alta presión • Alta temperatura/ poca disipación del calor
  52. 52. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVASELASTÓMERO QUEMADO POR LA ALTATEMPERATURA• 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 elastómero
  53. 53. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS 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 pozo
  54. 54. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVASABRASIÓN• La severidad puede depender de: abrasividad de las partículas, cantidad, velocidad del fluido dentro de la bomba y a través de la sección transversal de la cavidad
  55. 55. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS 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 total
  56. 56. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS Desgaste profundo localizadoDesgaste metal - metal
  57. 57. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS GUÍA PARA EL DIEÑO DE UN PCP1. Datos del pozo2. Datos de la bomba3. Calculo teórico del caudal4. Cálculo de presión sobre la bomba5. Cálculo de la potencia consumida6. Cálculo de torques7. Cálculo de esfuerzos axiales 1. Debido a la presión sobre la bomba 2. Debido al peso de la varilla8. Cálculo de las tensiones combinadas9. Cálculo de estiramiento de la sarta de varillas
  58. 58. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS 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 C
  59. 59. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS4. 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 nivel
  60. 60. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS5. 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+F2
  61. 61. BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS8. Cálculo de las tensiones combinadas

×