Principales Sistemas de Levantamiento Artificial

  • Bombeo Mecánico
  • Gas Lift
  • Bombeo Hidráulico
  • Bombas Electrosumergibles
  • Plunger Lift
  • Bombas de Cavidad Progresiva (PCP)
  • Sistema Capilar

Sistema de Bombeo Mecánico

Es un Sistema de Levantamiento Artificial (ALS) que utiliza una unidad mecánica en superficie conectada a través de varillas a una bomba de fondo de desplazamiento positivo. Estas varillas transmitirán a la bomba un movimiento reciprocante impartido por la unidad de superficie, lo cual originará un proceso de succión en la bomba para levantar el petróleo del reservorio.

El bombeo mecánico se utiliza generalmente para producir pozos con profundidades superiores a los 14,000 ft y alcanzar producciones desde 10 hasta 8,000 BPD.

El sistema de BM es generalmente más costoso para instalar, pero mucho más económico para operar.

Características Operativas

Ventajas:

  1. Alta eficiencia del sistema.
  2. Disponibilidad de controles de optimización.
  3. Económico para reparación y mantenimiento.
  4. Alta resistencia de la bomba de desplazamiento positivo a las caídas de presión de fondo.
  5. Puede regularizarse el régimen de producción regulando la longitud y velocidad de la bomba.
  6. Resistente a los efectos corrosivos.

Limitaciones

  1. Posibilidad de desgaste excesivo en la tubería y varillas en casos de pandeo del arreglo final.
  2. Relación gas-petróleo.
  3. Capacidades de manejo de cargas de las varillas limitadas.

Componentes

Equipo Subsuperficial

  • Bomba de fondo
  • Varillas
  • Trampa de gas

Equipo Superficial

  • Unidad de bombeo
  • Generador de energía motriz
  • Prensa estopa
  • Barra pulida

Bombas de Fondo

Características

  • Bombas de fondo accionadas desde superficie con varillas.
  • Constan de un cilindro externo y un pistón interno con una válvula de ingreso y otra de descarga para desplazar el fluido del pozo hacia adentro de la tubería y así hasta la superficie.
  • Diámetro API de la bomba: 1 ¼ a 2 ¾ in.
  • Longitudes de carrera hasta más de 30 ft.
  • Volúmenes de producción desde pocos barriles hasta aproximadamente 3,000 BPD.

Tipos de Bomba

Bomba de Tubería

El conjunto bomba-barril es roscado a la tubería y se lo baja con ella durante la bajada del arreglo final.

Debido a que cuentan con el mismo diámetro de la tubería, permiten producir mayores volúmenes de fluido.

Ventajas Bombas de Tubería
  1. Mayor capacidad de manejo de volúmenes.
  2. Gran área de flujo.
  3. Mayor versatilidad.
  4. Puede bombear fluidos muy viscosos.
Desventajas Bombas de Tubería
  1. Se tiene que sacar toda la tubería para reparar el barril.
  2. No es buena para producir pozos con gas.
  3. Alto costo para bombas de gran diámetro.
  4. Mayor costo para sacar la bomba de fondo.

Bomba Insertable

La bomba completa es bajada por el interior de la tubería con las varillas de bombeo mecánico.

De la misma forma anterior, la bomba puede ser sacada sin sacar la tubería de producción.

Ventajas Bomba Insertable
  1. Sacar la bomba completa con las varillas.
  2. Buen rendimiento en pozos profundos.
  3. Menores posibilidades de ruptura del barril.
  4. Buen diseño de flujo.
Desventajas Bomba Insertable
  1. La válvula de la bomba es integral y está sellada.
  2. El barril puede ser bloqueado o aprisionado con arena.
  3. El barril está expuesto a la corrosión.

Designación de una Bomba API

  • Tipo de bomba y ubicación de su asiento.
  • Longitud de extensiones.
  • Longitud del émbolo.
  • Longitud del barril.
  • Tamaño del émbolo.
  • Tamaño de tubería.

Componentes de una Bomba

  • Barril: Cilindro en el cual el fluido de formación es admitido por la parte inferior y desplazado por la parte superior gracias a la acción de un pistón (plunger).
  • Pistón (plunger): Pistón tubular que posee una válvula de bola (check valve) y permite desplazar el fluido del pozo del barril de la bomba.
  • Válvula de Pie (standing valve): Válvula de acceso a la bomba que consta de una bolilla y un asiento a manera de válvula check.
  • Válvula Viajera (traveling valve): Es la válvula de descarga del pistón. Se mueve con el pistón en una bomba de barril estacionario, o con el barril en una bomba de barril viajero.

Trampas de Gas

La trampa de gas es una tubería o un conducto que prolonga el recorrido del gas o del fluido antes de que ingrese a la bomba.

Evitan el ingreso del gas a la bomba de fondo y permiten su eliminación a superficie a través del espacio anular cañería-tubería.

La separación del gas se presenta cuando el flujo ingresa por un niple perforado y circula a baja velocidad hacia la parte inferior de la trampa.

La función de la trampa de gas nos va a permitir eliminar buena parte del gas y despacharlo por el espacio anular.

Bloqueo de Gas

Síntomas:

  1. Número de EPM mayores a las necesarias, equipos de superficie sobredimensionados.
  2. Mantenimiento excesivo, excesivo desgaste de la tubería y las varillas.
  3. Fallas en la bomba de fondo, rajaduras en el barril o en las válvulas de bola, rotura en el pin del plunger.

Soluciones al Bloqueo de Gas:

  1. Utilizar trampas de gas.
  2. Incrementar la relación de compresión aumentando la carrera de bombeo en la unidad de superficie.
  3. Instalar una bomba de fondo con un área de succión mucho menor para incrementar la relación de compresión.

Tiempo de Llenado de la Bomba

  • A 6 EPM: la cámara de compresión de la bomba llena en 5 segundos.
  • A 8 EPM: la cámara de compresión de la bomba se llena en 3.75 segundos.
  • A 10 EPM: la cámara de compresión de la bomba se llena en 3 segundos.

Varillas de Bombeo

Las varillas de bombeo mecánico (sucker rods) son los elementos tubulares sólidos que conectan y transmiten la energía de la unidad de bombeo de superficie con la bomba de fondo.

Operan bajo cargas cíclicas en medios erosivos y corrosivos.

Representan la parte más crítica de todo el sistema de BM.

Tienen esa configuración para que se puedan conectar entre sí.

Erosión: es el desgaste por fricción. Corrosión: es un desgaste químico, pérdidas de espesor de pared.

Tipos de Varillas

Comúnmente se utilizan dos tipos:

  • Varillas de acero (utilizadas en el 90% de los casos).
  • Varillas de fibra de vidrio reforzadas con plástico.

Todas las varillas tienen conexión pin en ambos extremos, motivo por el que para conectarse unas con otras se utilizan cuplas.

Dimensiones Generales

  • Vienen de longitudes de 25 pies y 30 pies.
  • Las varillas de fibra de vidrio pueden venir además en longitudes de 37.5 pies.
  • Los pony rods tienen longitudes de 2, 4, 6, 8, o 10 pies.
  • Los diámetros de las varillas van de 5/8 pies hasta 1.1/4 con incremento de 1/8 pies.
  • La longitud de las cuplas es de 4 pies.

Nomenclatura API

El número API de una varilla es el diámetro de la misma expresado en 1/8 in.

¾ in rod= 6/8 in = rod number 6 y 1 in rod= 8/8 in = rod number 8

Herramientas para Manipular Varillas

  • Elevadores
  • Llaves con ganchos

Varillas de Fibras de Vidrio

Ventajas:

  1. Reducen la carga al equipo de superficie porque son muy livianas.
  2. Resistentes a la corrosión.
  3. Por su elasticidad, alcanza emboladas más largas en el fondo que en superficie.

Desventajas:

  1. Costos más altos.
  2. Desgaste más rápido.
  3. No soporta cargas compresivas; debe estar siempre en tensión.

Causas más Comunes de Falla de Varillas

  1. Bajo torque.
  2. Sobre torque.
  3. Desgaste de los hombros.
  4. Desgaste de las cuplas.
  5. Golpes de fluido.

Otras Causas:

  • Corrosión y picaduras (pitting).
  • Manipuleo inadecuado.
  • Dobladuras y pandeos. El manipuleo tiene que ser con total delicadeza; cuando se levante, tiene que estar bien acomodado para así evitar cualquier pandeo o dobladuras.

Unidades de Bombeo Superficial

Características Generales

La unidad de bombeo es el mecanismo que imparte un movimiento reciprocante al vástago pulido, que a su vez está conectado a las varillas por debajo de la prensa estopa (stuffing box) del cabezal de pozo.

Debe ser adecuadamente instalado, lubricado y mantenido para brindar un mantenimiento eficiente.

El costo de mantenimiento es relativamente bajo. Se debe hacer un programa de mantenimiento para el cuidado del motor. Fundamentalmente, la UBM viene a ser eso.

Esta va a ser diseñada en función a la capacidad que necesitemos para levantar el sistema de varillas y la carga del fluido que estamos bombeando.

Tipos de UBM

Unidad Balanceada con Manivela Convencional

Es la unidad más común utilizada, especialmente cuando se requieren longitudes cortas o medianas de emboladas.

La rotación de la manivela conectada a los brazos pitman o biela origina que el balancín se balancee sobre el rodamiento central. Esto hace que la barra pulida se mueva hacia arriba y abajo a través de sus conexiones al cable y a la cabeza del balancín.

Los contrapesos son regulables, están localizados en las manivelas y son de hierro fundido pesado.

Puntos que Siguen la UBM
  1. Es el punto más bajo que va a llevar el balancín, el contrapeso está en su punto más alto y la biela ha levantado el balancín al máximo.
  2. Cuando el contrapeso baja a esa posición, estamos comenzando con la embolada ascendente de la bomba. La embolada ascendente es con el contrapeso bajando.
  3. Seguimos en la embolada ascendente.
  4. Cuando el contrapeso está en el punto más bajo, la biela también, pero el balancín está en el punto más alto. En este momento, hemos concluido la carrera ascendente en la bomba.
  5. Aquí nuevamente el balancín desciende y empieza la embolada descendiente.

Unidades Balanceadas con Aire

En este tipo de UBM, la única diferencia es que aquí se cuenta con un cilindro de aire comprimido, donde prácticamente este cilindro reemplaza a los contrapesos. Dentro del cilindro va a haber una carrera de compresión. El vástago hace una carrera dentro del cilindro y eso genera el movimiento del vástago; al mismo tiempo, genera el descenso y el ascenso del balancín. El poste que está en el centro se va hacia atrás y las bielas se van al medio, al punto central.

Estas unidades no tienen el sistema de contrapeso; utilizan cilindro de aire comprimido.

El tanque de cilindro lleva un pistón interno y un volumen considerable de aire comprimido.

La fuerza ejercida por el aire comprimido en el cilindro es usada para contrapesar parcialmente la carga en el pozo.

El sistema cuenta con un compresor principal y uno auxiliar.

Puntos que Siguen las Unidades Balanceadas con Aire
  1. La manivela va a girar con la rotación que le da el motor. Cuando la manivela está abajo, la biela va a estar abajo. Aquí estamos en el punto más bajo del balancín.
  2. Cuando la manivela gira a esta posición, empuja un poco más a la biela, por ende, el balancín sube.
  3. Cuando la manivela está en esta posición, la biela ha sido levantada más. El balancín también, y el cilindro viaja con el balancín.
  4. Aquí empuja a la biela a su máxima altura, por ende, también el balancín. Aquí se completa la embolada ascendente de la bomba.
  5. Cuando baja de la horizontal, el peso de las varillas haría que balancee, entonces aquí entra el cilindro de aire que actúa como un amortiguador.

Unidad UBM Modelo Mark II

El punto de apoyo de las bielas está adelante del balancín, y el cojinete está en la parte de atrás.

Componentes Principales Superficiales de las UBM

Estructura

  • Base: Para instalar una UBM, la base del terreno tiene que estar completamente nivelada. La base tiene que ser de concreto; tenemos que estar seguros de que la plataforma está bien nivelada, compactada y cementada.
  • Poste maestro (Samson post).
  • Balancín.
  • Cabeza del balancín (Horsehead).
  • Cojinete del igualador.
  • Biela.

Cojinetes Estructurales

Sus partes importantes son:

  • Conjunto de cojinetes del poste maestro (central bearing).
  • Cojinete del igualador (equalizer).

Reductor de Velocidad

Convierte las altas velocidades y bajos torques en bajas velocidades y altos torques para el vástago pulido, generalmente en una relación de 30:1. Esto significa que una velocidad de 300 RPM se convierte en 10 SPM (emboladas por minuto).

Transmisión

Transmite la energía del motor al reductor de velocidad de la UBM. Generalmente son del tipo de “correas en V”.

Motor (Prime Mover)

Puede ser uno de los siguientes sistemas:

  1. Motores eléctricos.
  2. Motores a combustión interna.
  3. Pueden ser también a gas.