Historia

CAVIDADES PROGRESIVAS

HISTORIA

Desarrollado en los aos 20s por Rene Moineau.

Inicia su introduccin en la Industria Petrolera cerca de los 80`s.

Para el ao 1997 aproximadamente 30,000 pozos en el mundo cuentan con este tipo de sistema.

APLICACIONES

Para aceite pesado menor de 18 API

Produccin con altos porcentajes de agua.

Produccin de Acido Sulfidrico (5%)

Produccin de Bixido de Carbono (20%)

Temperatura hasta 95 C

PRINCIPIO BASICO

Es una bomba que consta esencialmente de dos engranes helicoidales interiores entre si.

ROTOR.- Pieza interna de una hlice de n lbulos

ESTATOR.- Parte externa, es una hlice de n+1 lbulos

La geometra es tal que constituye n+1 cavidades idnticas y separadas entre si

ELEMENTOS DE LA BOMBA

1.- Rotor

6.- Eje de Impulsin

2.- Estator

7.- Cuerpo

3. Biela

8.- Succin

4.- Junta Universal

9.- Descarga

5.- Prensaestopas

PARAMETROS BASICOS DE LA BOMBA

E (excentricidad).- Distancia entre el eje del rotor y el del estator

D.- Dimetro del rotor

D+4E.- Dimetro mayor del estator

D+2E.- Dimetro ola a ola del rotor

GASTO DE LA BOMBA

El gasto de la bomba se expresa generalmente como el volumen de fluido generado por da a altura cero (flujo franco) este volumen depende de:

Desplazamiento de la bomba

Velocidad de la bomba

El desplazamiento es el volumen generado por cada vuelta del rotor avanzando el fluido una distancia igual al paso por lo que el desplazamiento se define como:

DESPLAZAMIENTO = D * 4E * P

AREA DE CAVIDAD

Considerando una cavidad de la Bomba.A = D * 4E * P

.

GASTO DE LA BOMBA

Si al desplazamiento se le aplica una velocidad que esta expresada en RPM podemos definir el gasto de la bomba pero a una altura cero, por lo que el gasto de la bomba se define como:

GASTO DE LA BOMBA (m/d) = (D*4 E* P) * V * 1440

Donde:

D = Dimetro menor del estator (m)

E = Excentricidad (m)

P = Paso de la bomba (m)

V = Velocidad del rotor (rpm)

Q = D * 4E * P * VALTURA HIDRAULICA

Esta la podemos definir como la aptitud que tiene la bomba para vencer la presin hidrulica para levantar el fluido de su nivel en el pozo hasta la superficie y esta en funcin del nmero de etapas.

Una etapa se puede considerar como una bomba elemental que genera una diferencial de presin entre la succin y la descarga, se considera que la altura hidrulica de una etapa varia entre 5 y 7 bar es decir 50 a 70 metros de altura.

La presin diferencial dentro de la bomba se va sumando de una cavidad a otra es decir de una etapa a la siguiente de tal modo que la altura hidrulica de la bomba es proporcional al nmero de etapas.

CARACTERISTICAS DE LA BOMBA KUDU

Varios modelos pertenecen a 4 series de diferentes dimetros exteriores.

Rosca API EUE para series de 2 3/8, 2 7/8 y 31/2

Rosca UN (non- upset) para serie de 4

Los modelos son designados por dos nmeros .

El primero es una aproximacin del caudal en (M/D) a 500 RPM y altura 0

El segundo indica la altura hidrulica nominal en metros.

EJEMPLO:

BOMBA DE 300TP1800

Gasto = 300 (M/DIA)

Altura Hidrulica = 1800 (Metros)

GRAFICOS DE CAPACIDAD

El siguiente grfico nos muestra como varia el gasto en funcin de la velocidad y de la altura, tambin permite estimar la potencia requerida en funcin de estos tres parmetros.

Ejemplo:

Determinar la velocidad en funcin de el gasto requerido y de la altura.

DATOS

SOLUCION

Gasto deseado = 120 (M/da)

Velocidad = 340 (r.p.m.)

Altura = 800 (M)

Potencia = 28 HPLIMITACIONES DE LOS GRAFICOS DE CAPACIDAD

Los grficos han sido diseados considerando que el fluido es 100% agua y con una viscosidad = a 1cp, por lo que no pueden ser utilizados para los siguientes casos:

Presencia de gas libre en el Fluido

Fluidos de alta viscosidad

EFICIENCIA HIDRAULICA

Es la relacin del gasto obtenido a una velocidad y altura dadas al gasto obtenido a la misma velocidad pero a altura cero.

a ) Eficiencia funcin de la velocidad.

Velocidad 350250

Gasto h=0m 206147

Gasto h=600m 186127

Escurrimiento 20 20

Eficiencia

90 86

b) Eficiencia funcin de la altura.

Velocidad350 350 350

Altura 0 600 800

Gasto h=600m206 186 161

Escurrimiento 0 20 45

Eficiencia 100 90 78ELASTOMEROS

Se considera como el corazn de la bomba puesto que es el material para realizar el revestimiento interior del estator, permitiendo la interferencia entre el estator y el rotor el cual determina el sellado entre cavidades.

El elastmero es un material vivo que puede sufrir cambios por:

Densidad del aceite

Corte de agua

RGA

Temperatura

Partculas abrasivas

Agentes qumicos

Esto implica el buen conocimiento de los parmetros antes mencionados para poder elegir el tipo de elastmero a utilizar puesto que de ello depende en gran medida el buen funcionamiento de la bomba.

Tipos de elastmeros KUDU159.- Es el ms comn, propiedades mecnicas muy buenas, Temperaturas hasta 100C, recomendado para crudos pesados y medios con pequeo contenido de agentes agresivos.

191.- Temperatura hasta 140C, propiedades mecnicas inferiores al 159 y la altura hidrulica de la bomba debe reducirse un 20%.

192.- Propiedades mecnicas medias, Temperaturas hasta 80C y la altura hidrulica de la bomba debe reducirse un 20%.

194.- Muy buena elasticidad y resistencia a la abrasin, temperaturas hasta 90 C, recomendado para crudos pesados en condiciones abrasivas.

H-223.- Este no hincha con el agua, temperaturas hasta 40 C, la altura hidrulica de la bomba debe reducirse un 50%, este es recomendado para pozos de agua.

SV-223.- Elastmero a base de viton, este es muy poco usado por su costo tan elevado, pero es utilizado para crudos livianos.

BARILLAS DE BOMBEO

La funcin de las varillas es el de transmitir al rotor el movimiento rotativo proveniente del sistema de impulsin.

Las fuerzas aplicadas a las varillas son:

CARGA AXIAL.- Esta carga en lugar de ser cclica como en Bombeo Mecnico Tradicional aqu es constante.

TORQUE.- Se transmite por el movimiento rotativo que presenta el sistema.

TORQUE

Torque Hidrulico

Desplazamiento de la bomba

Altura Hidrulica

Torque por Friccin

Viscosidad del fluido

Velocidad rotativa

Largo de la sarta

Dimetro de varillas

Espesor del e.a. sarta y varillas

Fuerzas aplicadas a la sarta de varillas

CARGA AXIAL

Peso de la sarta de Varillas en el fluido (FR)

Largo de la Sarta

Dimetro de Varillas

Peso ejercido al rotor por la altura hidrulica (FH)Altura Hidrulica Total

Serie de la BombaDeterminacin de la carga axialEjemplo:

Serie de la Bomba 300TP1800 de 4

Varillas de 1 1/8

Profundidad : 1500m

Altura: 1300m

Solucin

FR = 7050 daN

FH = 2230 daN

CARGA

TOTAL = 9280 da N

DETERMINACIN DE TORQUE

Ejemplo:

Serie de la Bomba 400TP900

Varillas de 1

Altura: 600m

Solucin

Se entra con el modelo de la bomba y la carga hidrulica mxima.

Torque = 740 pie-lbTambin permite determinar la dimensin mnima de las varillas

GRAFICOS DE ESTIRAMIENTO

SOLUCIN:

Estiramiento para 1000 m = 0.16m.

por lo que para 1400m = 0.22m.La sarta de varillas sufre un estiramiento tanto esttico debido a su peso como dinmico debido al funcionamiento de la bomba.

La grfica es por cada serie de bomba para determinar el estiramiento

Ejemplo:

DATOS.

Bomba =200 TP 1800

Profundidad = 1400 m

Altura = 1200 m

Dimetro de varilla = 1 pg.

CONSIDERACIONES DE DISEO

Para un fluido de baja viscosidad se puede aplicar el mtodo grfico

Para un fluido con viscosidad alta el diseo es mas complejo y es necesario utilizar un programa de computo.

Modelo de la bomba.- se debe seleccionar un modelo que gire a una velocidad moderada y que tenga una altura hidrulica del 20 al 25% arriba de la altura esperada.

Dimensin de varillas.- El modelo de la bomba y el grfico de torque nos permite determinar el dimetro mnimo de varillas grado D

Potencia Requerida.- se obtiene del grfico y dividiendo este valor por la eficiencia del sistema de impulsin (motor)

Dimensionamiento de una unidad KUDUParmetros a Determinar:

1.- Modelo de la Bomba

2.- Dimetro de Varillas

3.- Potencia Requerida

Informacin Necesaria:

1.- Gasto deseado

2.- Profundidad de bomba

3.- Profundidad del pozo

4.- Profundidad de disparos

5.- Dimetro de TR

6.- Dimetro de TP

7.- Existencia de Liner

9.- Si es pozo desviado

10.- Nivel Esttico

11. Nivel Dinmico

12.- Indice de productividad

13.- % de agua

14.- RGA

15.- Temperatura de fondo

16. Temperatura de superficie

17.- Presin en la Cabeza

18.- Densidad del aceite

19.- Viscosidad del aceite a una Temp.

20.- Presin de burbujeo

21.- Contenidos de arena, H2S, CO2, etc..

Unidades de impulsin KUDUCABEZAL

1.- Prensaestopas

2.- Eje impulsor hueco

3.- Eje hexagonal corredizo

4.- Freno de retroceso

SISTEMA MOTRIZ

1.- Motor

2.- Sistema reductor de velocidad.

Cabezal (Modelo VH-100 HP)1.- Crter de Rodamientos

2.- Tapa

3.- Eje Hueco

4.- Clave

5.- Ventilador

6.- Nivel de Aceite

7.- Tapn de Drenaje

8.- Bastidor

9.- Prensaestopas

10.- Buje de Bronce

11.- Orificio de Drenaje

12.- Rotor de Freno

13.- Circuito Hidrulico Integrado

Prensaestopas (Modelo VH-100 HP)1.- Cuerpo

2.- Tapa

3.- Anillo de Empuje

4.- Anillo Linterna

5.- Empaque Aramida

6.- Empaque Grafito

7.- Empaque Aramide

8.- Sello

9.- Orificio de Engrase

Eje Impulsor Hueco y Hexagonal Corredizo1.- Eje Hueco

2.- Rodamiento Radial Superior

3.- Rodamiento de empuje

4.- Rodamiento Radial Inferior

5.- Sello Superior

6.- Sello Inferior

7.- Manguito de Desgaste Superior

8.- Manguito de Desgaste Inferior

9.- Anillo de Retencin

10.- Pinn

FRENO DE RETROCESO

La funcin primordial del freno es la de controlar la velocidad de la bomba en sentido inverso, provocado por algn paro del equipo.

Otra funcin es la de liberar la torsin acumulada en la sarta de varillas en caso de amarre de la bomba.

REDUCTOR DE VELOCIDAD

Velocidad Fija.- La reduccin de velocidad se realiza con poleas

Velocidad Variable.- Se realiza con un convertidor de frecuencia

SISTEMA MOTRIZ

MOTOR

Motor Elctrico

Motor de Gas

Motor de Combustin Interna

VENTAJAS DEL SISTEMA

Produce aceites viscosos

Permite un 40% gas libre en la bomba

Concentracin de slidos

Altos porcentajes de agua

Bajo Costo

LIMITACIONES DEL SISTEMAS

Produccin Mxima 800 m/da

Profundidad Mxima 2000 m

Temperaturas Mximas 170 C

No es posible utilizar inhibidores de corrosin

EMBED Excel.Sheet.8

EMBED PBrush

ESTATOR

ROTOR

rea

del

Fluido

DIMETRO

DEL

ROTOR

EXCENTRICIDAD

EMBED Excel.Sheet.8

_1132492308.xlsHoja1

CONDICIN159191192194H-223SV-223

ABRASINBCCAAC

CRUDOS PESADOSABBACB

CRUDOS MEDIOSABBABB

CRUDOS LIGEROSCCBCCA

AROMTICOSBCBB_A

CO2BCBB_B

H2SBBCA_A

TEMPERATURA MXIMA C10014080906060

A.- EXCELENTE

B.- BUENO

C.- MALO

Hoja2

Hoja3

_1132491854.xlsHoja1

SERIEMODELOSERIEMODELOGASTO A 500 RPMALTURA HIDRU-SERIEMODELOGASTO A 500 RPMALTURA HIDRU-

BOMBAGASTO (M/DIA)LICA (METROS)GASTO (M/DIA)LICA (METROS)

2 3/8"6TP2002 3/8"6TP60066003 1/2"120TP20001202000

6TP12006TP1200612002000TP600194600

15TP120015TP1200151200200TP12001941200

30TP60030TP60027600200TP18001941800

30TP130030TP1300271300300TP800300800

30TP200030TP20002720004"180TP10001891000

80TP80080TP80080800180TP20001892000

80TP120080TP1200801200180TP30001893000

2 7/8"60TP6502 7/8"60TP65066650300TP600300600

60TP130060TP1300661300300TP12003001200

60TP200060TP2000662000300TP18003001800

100TP600100TP600108600400TP450400450

100TP1200100TP12001081200400TP900400900

100TP1800100TP18001081800400TP13504001350

240TP600240TP600240600600TP300600300

240TP900240TP900240900600TP600600600

600TP900600900

900TP500840500

900TP10008401000

900TP15008401500

Hoja2

Hoja3