Bombeo PCP Y BES

SISTEMA DE BOMBEO P.C.P

La bomba PCP está constituida por dos piezas longitudinales en forma de hélice, una que gira en contacto permanente dentro de la otra que está fija, formando un engranaje helicoidal:

1. El rotor metálico, es la pieza interna conformada por una sola hélice.

2. El estator, la parte externa está constituida por una camisa de acero revestida internamente por un elastómero (goma), moldeado en forma de hélice enfrentadas entre si, cuyos pasos son el doble del paso de la hélice del rotor.

Cuando el rotor helicoidal gira dentro del estator se forman una serie de cavidades selladas que avanzan desde la succión de la bomba hacia la descarga, generando una acción de bombeo de cavidades progresivas. Cuando una cavidad se va cerrando otra se está abriendo exactamente en la misma medida, resultando de esta manera un flujo constante y continuo, proporcional a las revoluciones del rotor y totalmente libre de pulsaciones. Este movimiento permite el bombeo de una variedad de fluidos, incluyendo los de alta viscosidad, livianos, parafinosos, con altos porcentajes de sólidos, etc.

El rango de aplicación incluye:

 Producción de petróleos pesados y bitumenes (< 10º API) con cortes de arena hasta un 50 %.

 Producción de crudos medios (18-30 º API) con limitaciones en el % de SH2

 Petróleos livianos (>30º API) con limitaciones en aromáticos

 Producción de pozos con altos % de agua y altas producciones de fluido, asociadas a proyectos avanzados de recuperación secundaria (por inyección de agua)

 Producción de pozos con bajos % de agua y altos cortes de arena.

LOS sistemas PCP tienen algunas características únicas que los hacen ventajosos con respecto a otros métodos de levantamiento artificial:

 Eficiencias entre 50 y 60 %

 Habilidad para producir fluidos altamente viscosos

 Habilidad para producir con altas concentraciones de arena

 Habilidad para tolerar altos porcentajes de gas libre (no se boque )

 Ausencia de válvulas o partes reciprocantes evitando bloque o desgaste de las partes móviles

 Muy buena resistencia a la abrasión

 Bajos costos de inversión inicial

 Bajos costos de energía

 Simple instalación y operación

 Bajo mantenimiento

 Equipos de superficie de pequeñas dimensiones

 Bajo nivel de ruido

También tienen algunas desventajas con respecto a limitaciones en las capacidades de desplazamiento y levantamiento de la bomba, así como la compatibilidad de los elastómeros con los fluidos, especialmente con los aromáticos

 Capacidad de desplazamiento real de hasta 2000 Bbls/día

 Capacidad de elevación real hasta 6000 pies 0 1850 metros

 Resistencia a la temperatura de hasta 280º F o 138ºC

 Alta sensibilidad a los fluidos producidos (los elastómeros pueden hincharse o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por periodos prolongados de tiempo)

INSTALACIÓN TÍPICA

Las bombas de cavidades progresivas(PCP) son bombas de desplazamiento positivo la cual consiste, como se explicó anteriormente, en un rotor de acero de forma helicoidal y un estator de elastómero sintético moldeado dentro de un tubo de acero.

El estator es bajado al fondo del pozo formando parte del extremo inferior de la columna de tubos de producción (tubings) y se mantiene anclado por un ancla de torque, mientras que el rotor es conectado y bajado junto a las varillas de bombeo. La rotación del rotor dentro del estator es transmitido por las varillas de bombeo, cuyo movimiento es generado en superficie por un cabezal.

Instalación típica de P.C.P

FUNDAMENTO DE LA BOMBA.

Las bombas de cavidad progresiva PCP son un tipo especial de bomba de alineación desplazamiento positivo, en el cual el fluido es arrastrado a través de las helicoides (Estator y rotor).

Estas bombas mantienen un sello de líquido permanente entre la entrada y la salida de la bomba, por la acción y la posición de los elementos de la misma que mantienen un cierre dinámico. Por estas características las bombas PCP pueden bombear fluidos viscosos, abrasivos y multifásicos, con un amplio rango de caudales y distintas presiones.

Existen distintos tipos de geometrías de PCP:

1. Geometría de simple lóbulo: relación 1:2 ( el primer número significa la cantidad de lóbulos del rotor y el segundo, la cantidad de lóbulos del estator).

2. Geometría de multi-lóbulo: relación 2:3, 3:4, etc.

SIMPLE LÓBULO

Cuando el rotor está posicionado dentro del estator se produce una serie de cavidades de fluido idénticas. Cada una de esas cavidades forma una espiral alrededor del rotor y a lo largo del mismo.

En un corte longitudinal de la bomba el Nº de cavidades separadas es siempre uno más que el Nº de lóbulos del rotor

El movimiento del rotor dentro del estator es un combinación de 2 movimientos: una rotación en sentido horario del rotor sobre su propio eje y una rotación antihorario de la excentricidad del rotor sobre el eje del estator.

Con esta geometría el rotor se desplaza lateralmente en el plano del estator

Desplazamiento:

Con el movimiento de rotación las cavidades se mueven axialmente desde la succión hasta la descarga creando la acción de bombeo. Cuando el rotor completa una revolución, el volumen contenido entre el rotor y el estator es desplazado un paso. Como el área es constante y la velocidad es constante entonces el fluido bombeado es no pulsante ( uniforme).

El desplazamiento es función de la excentricidad de la bomba, del diámetro del rotor, y de la longitud del paso del estator.

El desplazamiento puede ser calculado usando:

V= Área * Paso = Volumen desplazado en 1 Revolución o giro.

V= 4 * e * Ør * Pe

Donde:

e: excentricidad de la bomba.

Ør: diámetro del rotor.

Pe: paso del estator.

V: volumen de desplazamiento (m3/Revolución).

Por lo tanto el caudal teórico es directamente proporcional al desplazamiento y a la

velocidad de rotación.

Qt= V * N

Donde:

Qt: caudal teórico (m3/d)

V: volumen (m3/Revolución)

N: velocidad de rotación (Revoluciones/día).

Sin embargo durante la operación de bombeo, por presión diferencial a lo largo de la bomba algo de fluido puede escurrir a través de los sellos de las cavidades, causando una reducción en el caudal. Como resultado el caudal de producción es la diferencia entre el caudal teórico y dicho escurrimiento.

Q= Qt – Qe

Donde:

Qe: caudal de escurrimiento.

Este caudal de escurrimiento depende del ajuste entre el rotor y el estator, de las propiedades del elastómero , de la viscosidad del fluido y de la presión diferencial de la bomba.

La cantidad de veces que la línea de sellos se repite, define el número de etapas de la bomba. Cada etapa está diseñada para soportar una determinada presión diferencial, por lo tanto a mayor Nº de etapas, mayor es la capacidad para vencer una diferencial de presión.

MULTILÓBULO

Se pueden utilizar bomba PCP multi – lóbulo porque tienen como ventaja una mayor capacidad para manejar altos caudales y altas capacidad de elevación con bombas de igual diámetro a las simple lóbulo y como desventaja requieren un mayor torque para transmitir.

COMPONENTES DE LA COLUMNA DE TUBINGS

CAÑO FILTRO: se utiliza para evitar, en el caso de rotura de estator con desprendimiento de elastómero, trozos de tamaño regular del mismo queden dentro del espacio anular

ANCLA DE TORQUE: es para evitar el desprendimiento del tubing ya que al girar la sarta gira también la columna hacia la derecha, es decir hacia el sentido de desenrosque de los caños y a esto se suma las vibraciones que produce la hélice del rotor del estator.

NIPLE DE PARO: es parte de la bomba y va enroscado al extremo inferior del estator. Su función es:

Hacer de tope al rotor en el momento de esparcimiento.

Servir de pulmón al estiramiento de las varillas, con la unidad funcionando.

Como succión de la bomba.

Los mas usuales son 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 del ancla de torque o cualquier otro elemento

ESTATOR PCP: es la parte externa esta 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.

ELASTÓMERO: es una goma en forma de espiral y esta adherida a un tubo de acero el cual forma el estator. El elastómero es un material que puede ser elongado varias veces su longitud original, y tiene la capacidad de recobrar rápidamente sus dimensiones, una vez que la fuerza es removida. Por lo general los elastómeros más usados están dentro de los siguientes: gomas e nitrilo, gomas de nitrilo hidrogenado y elastómeros hidrocarbonados.

NIPLE INTERMEDIO O NIPLE ESPACIADOR: su función es la de permitir el movimiento de la cabeza del rotor con su cupla.

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