Bombeo Mecanico

Métodos de Levantamiento Artificial

Los métodos de levantamiento artificial son aquellos que permiten la extracción de los fluidos del yacimiento mediante la aplicación de fuerzas o energías ajenas del pozo, debido a que al realizar la explotación del yacimiento la presión de este disminuye a lo largo de la vida productiva, lo cual implica que la producción de fluidos baje hasta el momento en el cual el pozo deja de producir por sí mismo. Por ello, siempre se estudia la factibilidad de obtener el máximo beneficio económico del yacimiento, por lo que se debe seleccionar el mejor método de producción, ya sea por flujo natural o aplicando un método de levantamiento artificial.

Existen diversos Métodos de Levantamiento Artificial entre los cuales se encuentran: los convencionales y no convencionales.

Método de Levantamiento Artificial Convencionales

Bombeo Mecánico

El bombeo mecánico convencional nació prácticamente a la par con la industria petrolera, cuando el coronel Drake perforo un pozo de su propiedad ubicado en Pennsylvania, aproximadamente en el año 1859.

En aquella época la perforación se hacia con herramienta de percusión, donde la mecha se suspendía mediante una especie de balancín hecho con madera y se dejaba caer, así nació lo que hoy en día conocemos como bombeo mecánico.

Es uno de los métodos de producción más utilizados (80-90%), el cual su principal característica es la de utilizar una unidad de bombeo para transmitir movimiento a la bomba de subsuelo a través de una sarta de cabillas y mediante la energía suministrada por un motor. Los componentes del bombeo mecánico esta compuesto básicamente por las siguientes partes: unidad de bombeo, motor (superficie), cabillas, bomba de subsuelo, anclas de tubería, tubería de producción (subsuelo). Un equipo de bombeo mecánico (también conocido como “balancín” o “cigüeña”) produce un movimiento de arriba hacia abajo (continuo) que impulsa una bomba sumergible en una perforación. Las bombas sumergibles bombean el petróleo de manera parecida a una bomba que bombea aire a un neumático. Un motor, usualmente eléctrico, gira un par de manivelas que, por su acción, suben y bajan un extremo de una eje de metal. El otro extremo del eje, que a menudo tiene una punta curva, está unido a una barra de metal que se mueve hacia arriba y hacia abajo. La barra, que puede tener una longitud de cientos de metros, está unida a una bomba de profundidad en un pozo de petróleo. El balancín de producción, que en apariencia y principio básico de funcionamiento se asemeja al balancín de perforación a percusión, imparte el movimiento de sube y baja a la sarta de varillas de succión que mueve el pistón de la bomba, colocada en la sarta de producción o de educción, a cierta profundidad del fondo del pozo.

La válvula fija permite que el petróleo entre al cilindro de la bomba. En la carrera descendente de las varillas, la válvula fija se cierra y se abre la válvula viajera para que el petróleo pase de la bomba a la tubería de educción. En la carrera ascendente, la válvula viajera se cierra para mover hacia la superficie el petróleo que está en la tubería y la válvula fija permite que entre petróleo a la bomba. La repetición continua del movimiento ascendente y descendente (emboladas) mantiene el flujo hacia la superficie. Como en el bombeo mecánico hay que balancear el ascenso y descenso de la sarta de varillas, el contrapeso puede ubicarse en la parte trasera del mismo balancín o en la manivela. Otra modalidad es el balanceo neumático, cuya construcción y funcionamiento de la recámara se asemeja a un amortiguador neumático; generalmente va ubicado en la parte delantera del balancín. Este tipo de balanceo se utiliza para bombeo profundo.

Ventajas del Bombeo Mecánico

- El diseño es poco complejo.

- El sistema es eficiente, simple y fácil de operar por el personal de campo.

- Es aplicado en crudo pesado y altamente viscoso.

- Puede utilizar combustible o electricidad como fuente de energía.

- El equipo puede ser operado a temperaturas elevadas.

- Permite variar la velocidad de embolada y longitud de carrera para el control de la taza de producción.

Desventajas y Limitaciones del Bombeo Mecanico

- La efectividad del sistema puede verse afectada severamente por la presencia del gas.

- La presencia de arenas ocasionan el desgaste severo del equipo.

- Requiere altos costos e mantenimiento.

- Posee profundidades limitadas.

- El equipo es pesado y ocupa mucho espacio.

- La taza de producción declinan rápidamente.

Rango de Aplicación del Bombeo Mecánico

- Este método de levantamiento se encuentra entre 20 y 2000 (BPPD).

- Se pueden aplicar a una profundidad no mayor a 9000 pies.

- No se puede utilizar en pozos desviados.

- No debe existir presencia de arenas.

- Solo se utiliza en pozos unidireccionales.

- Se utiliza en pozos con temperaturas no mayores a 500 °F.

Factores a Considerar

Para una buena selección del equipo a utilizar es necesario conocer datos que soporten la decisión, entre estos datos podemos citar: la tasa de producción esperada, las cargas a soportar por las cabillas, las cargas en la caja de engranajes de la unidad de bombeo, costos de energía, aporte del yacimiento, etc. A continuación se describen algunos de los factores más importantes a considerar:

Bomba de Subsuelo

Las bombas de subsuelo pertenecen a la familia de bombas de desplazamiento positivo, del tipo reciprocante. Estas bombas son colocadas en el fondo del pozo, a profundidades que oscilan entre 200 y 7000 pies. La bomba de subsuelo es el primer elemento que se debe considerar al diseñar una instalación de bombeo mecánico para un pozo, ya que de acuerdo al tipo, tamaño y ubicación, se dimensiona el resto de los componentes del sistema.

Manejo de Sólidos

Los sólidos pueden generar efectos indeseables en la bomba, llegando al punto de paralizar el movimiento del pistón en el barril y a su vez crear incrementos de esfuerzos en cabillas y en la unidad de bombeo. Esto es debido a que la bomba de subsuelo es un conjunto de componentes metálicos en movimiento con un ajuste específico

Profundidad y Sarta de Cabillas

La sarta de cabillas es el medio de transporte de la energía desde el equipo de superficie hacia la bomba de subsuelo. Por supuesto, esta transmisión de energía esta influenciada por el comportamiento de la sarta, que a su vez depende de la profundidad.

De manera sencilla podemos representar la sarta de cabillas como un elemento de alta esbeltez, siendo la esbeltez la relación que existe entre la longitud del elemento y el ancho de su sección transversal, es decir, la longitud de la sarta de cabilla es mucho mayor que su diámetro, por ejemplo los órdenes de magnitud están en el orden de 2000 pies para la longitud de la sarta comparado con 1 pulgada (0.083 pies) para el diámetro.

Esto hace que la sarta de cabillas se comporte como un cuerpo flexible y su movimiento este influenciado por la inercia que se genera a partir del movimiento transmitido desde la unidad de bombeo. En este sentido el sistema de bombeo mecánico es sensible a la profundidad, y se debe tomar en cuenta al momento de diseñar.

Costos de Inversión

El análisis económico soporta el diseño de un sistema de levantamiento artificial, ya que evalúa los costos de la inversión con respecto a la producción del pozo y asegura un flujo positivo de caja en la operación.

Cargas en las Cabillas y en la Caja de Engranajes

Estos factores darán dimensión al equipo de superficie y a la sarta de cabilla.

Los mismos se calcularán a partir del potencial del pozo, la cantidad de flujo manejado y el diámetro de la bomba.

Costos de la Energía y Eficiencia del Sistema

Cuando se realiza un diseño en levantamiento artificial es importante tomar en cuenta cual debe ser la prioridad de diseño, es decir, si se requiere una configuración para la máxima producción de fluidos, o si se necesita una configuración con el óptimo consumo de energía. Esto es válido cuando los costos de energía afectan de manera sensible la rentabilidad del proyecto.

Por ejemplo, si la prioridad es minimizar los costos de energía, se puede utilizar bombas más grandes y velocidades de bombeo menor, pero a su vez, bombas más grandes incrementan las cargas en las cabillas y los torques en la caja de engranaje, por lo tanto se requiere de unidades de bombeo más grande, por supuesto incide en los costos de inversión. Por otra parte, si se quiere utilizar bombas de menor dimensión, pero con igual producción, es necesario aumentar la velocidad y la carrera de bombeo, esto incrementa el consumo de energía pero podría reducir el requerimiento del tamaño de la unidad de bombeo. Básicamente se tiene un compromiso entre eficiencia, carga en la cabilla y el tamaño de la unidad de bombeo

COMPONENTES DEL EQUIPO

Los componentes que conforman el sistema de bombeo mecánico

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