PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems
BOMBAS DE CAVIDADES
PROGRESIVAS
CURSO TECNICO
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems RESEÑA HISTORICA
• El concepto de bombas de cavidades progresivas fue
desarrollado a finales de los años 20 por Rene Moineau,
quien funda la compañía PCM, a partir de 1936 las
patentes son vendidas.
• En sus inicios esta tecnología fue dedicada para bombas
de transferencia para aplicaciones industriales, fueron
los canadienses a finales de los años 70 quienes
empezaron a experimentar como levantamiento
artificial en crudos pesados, iniciándose posteriormente
un proceso de comercialización y amplia aplicación.
• A partir de 1994 PCP se empieza a aplicar ampliamente
en Latinoamérica especialmente Brasil, Venezuela y
Argentina.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems RESEÑA HISTORICA
• Las primeras bombas instaladas en Colombia se realizaron en Campo Mangos (Petrobras) y campo Piedras (Mercantile).1999
• Hocol realiza pruebas en Campo San Fco ( sf-92) en el 2000.
• Petrobras realiza pruebas para el campo Guando en el 2001 en Gdo-1 ( Netch ) y Gdo-3 (WALS), al mismo tiempo Hocol SA firma contrato para suministro del sistema PCP.
• A finales del año 2001 TDA representando a KUDU firma contrato para suministro del sistema PCP para Guando.
• Año 2003 Thetys decide completar campo rubiales con Bombas de cavidades progresivas(14).
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Drive Systems RESEÑA HISTORICA
• Los campos actuales en Colombia donde se usa el
bombeo de cavidades progresivas son: San Fco, Rio
Ceibas, Dina Terciarios, Mangos, Piedras, Rubiales,
Orito y Payoa.
• Actualmente podemos hablar de 85 pozos produciendo
con bombas de cavidades progresivas
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Drive Systems
Las bombas de cavidades progresivas son bombas de
desplazamiento positivo que consisten en un rotor de acero
helicoidal y un elastómero sintético pegado internamente a
un tubo de acero. El estator se instala en el fondo conectado
a la tubería de producción, a la vez que el rotor esta
conectado a la sarta de varillas. La rotación de esta sarta
desde superficie por accionamiento de una fuente de energía
externa, permite que el fluido se desplace verticalmente
hacia la superficie por un sistema de cavidades que se abren
y cierran progresivamente. Los equipos de superficie, de
distintas capacidades y dimensiones, se seleccionan en
función de los requerimientos de la aplicación.
QUE ES PC PUMPS ?
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems PCP EN ACCION
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems LAS PARTES DE LA BOMBA
• Estator: Consiste en un tubo de acero, generalmente J55
con cuerpo elastomerico pegado internamente. Los
elastómeros son internamente torneados como hélices de
dos o mas lóbulos.
• Rotor: Cuerpo de acero 4140 de alta resistencia torneado
en forma helicoidal y recubierto por una capa fina de
material resistente a la abrasión (cromo endurecido).
Tiene como función principal bombear el fluido, girando
de modo excéntrico dentro del estator creando cavidades
que progresan en forma ascendente. Para aplicaciones
corrosivas se fabrican en acero inoxidable.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems DOS PRINCIPIOS BASICOS
• El rotor debe tener un lóbulo menos que el estator y
cada lóbulo del rotor debe estar siempre en contacto
con la superficie interna del estator.
• El estator y el rotor constituyen longitudinalmente
dos engranajes helicoidales
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Drive Systems GEOMETRIA DE LA BOMBA
Paso del Rotor
Paso del Estator
Cavidad
Cerrada
• La geometría de la bomba viene definida por la relación de lóbulos entre rotor y estator, lo que es equivalente a la relación entre el paso del rotor y el paso del estator
– Paso del rotor en geometría 1:2 = 1/2 paso del estator
– Paso del rotor en geometría 2:3 = 2/3 paso del estator
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• Excentricidad
– Distancia entre el eje central del rotor y el eje
central del estator.
Excentricidad
GEOMETRIA DE LA BOMBA
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• El movimiento del rotor dentro del estator es una
combinación de dos movimientos: rotación
concéntrica del rotor en su propio eje y rotación
excéntrica del rotor alrededor del eje del estator. En
una bomba de lóbulo simple, estos movimientos
originan la traslación hacia uno y otro lado del rotor
a lo largo de la sección transversal del estator.
OPERACIÓN DE LA BOMBA
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Drive Systems OPERACIÓN DE LA BOMBA
#1
#2
#3
#4
#5
#6
#7
#8
#9
#1 (0º)
#9 (360º)
#2 (45º)
#3 (90º)
#4 (135º)
#5 (180º)
#6 (225º)
#7 (270º)
#8 (315º)
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Drive Systems CAPACIDAD DE DESPLAZAMIENTO
• La capacidad de desplazamiento de una PC pumps esta
definida como el volumen de fluido producido por cada
rotación del rotor por día. Se asume que el área de flujo
permanece constante en toda la longitud de la bomba.
V = C * D * E * Pe ( C=constante)
Q = RPM * V
• Durante la operación de la bomba cierta cantidad de
flujo se desliza por acción de la presión diferencial.
Qreal = Qteorica-Qslip
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Drive Systems CAPACIDAD DE LEVANTAMIENTO
• La capacidad de levantamiento será controlada por la
presión diferencial máxima que pueda ser desarrollada
tanto por una sola cavidad como por el total de las
cavidades de la bomba.
• La máxima capacidad de levantamiento es función
directa del sello rotor-estator. Hoy en dia se usa el
numero de etapas de la bomba para estipular el
levantamiento; Generalmente una bomba 1:2 soporta
una presión diferencial de 100 psi por cada etapa.
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Drive Systems VENTAJAS
• Sistema de levantamiento artificial de mayor eficiencia.
• Excelente para producción de crudos altamente
viscosos.
• Capacidad para manejar altos contenidos de sólidos y
moderado contenido de gas libre.
• No tiene válvulas, evitando bloqueos por gas.
• Buena resistencia a la abrasión.
• Bajos costo inicial y potencia requerida.
• Bajo niveles de ruido y ocupa poco espacio.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems VENTAJAS
• Opera con muy bajos niveles de sumergencia.
• Consumo de energía continuo y de bajo costo.
• Fácil de instalar y operar.
• Bajo mantenimiento de operación.
• Fácil operación y mantenimiento
• Bajo consumo de energía
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Drive Systems LIMITACIONES
• Tasas de producción hasta de 2.000 B/D (máximo 4.000
B/D).
• Levantamiento neto de hasta 6.000 ft (máximo 9.000
feet).
• Temperatura de operación de hasta 210 ºF (máximo 300
ºF).
• El elastómero tiende a hincharse o deteriorarse cuando es
expuesto al contacto con ciertos fluidos (aromáticos,
aminas, H2S, CO2, etc.).
• Alto desgaste de varillas y tubería de producción en
pozos direccionales y horizontal.
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Drive Systems ELASTOMEROS USADOS EN PCP
• Los materiales elastomericos utilizados en la
fabricación de estatores para bombas de cavidades
progresivas son: Nitrilo convencional, Nitrilo
hidrogenado y fluoroelastomeros.
• El Nitrilo convencional esta constituido químicamente
por un copolimero de butadieno y acrilonitrilo. Los
elastómeros convencionales presentan un contenido de
acrilonitrilo comprendido entre 18% y 50%
aproximadamente. Los copolimeros que contienen
mayores proporciones de acrilonitrilo presentan mayor
resistencia al hinchamiento por hidrocarburos pero
pierden propiedades elásticas.
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• El nitrilo hidrogenado es una variante del nitrilo
convencional en el cual mediante un proceso de
hidrogenación catalítica que eleva la resistencia
química y térmica de la estructura molecular. La
resistencia a hidrocarburos en esta modalidad
también depende del contenido de acrilonitrilo.
• Los fluor-elastómeros son materiales especiales
con elevada resistencia térmica y excelente
resistencia al hinchamiento por aceites e
hidrocarburos. Las desventajas de estos son su alto
costo y que presentan propiedades mecánicas
inferiores.
ELASTOMEROS USADOS EN PCP
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PROPIEDADES DE LOS
ELASTOMEROS
DUREZA
• Es una medida del modulo estático de elasticidad de
un elastómero, esta determinada por la profundidad
de penetración de una bola sujeta a pequeños y
grandes esfuerzos y se expresa en IRHD(Grado
internacional de dureza de goma, ASTM D1415).
• Los elastómeros usados en BCP tienen un rango
típico de dureza entre 55-80 IRHD
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PROPIEDADES DE LOS
ELASTOMEROS
RESISTENCIA A LA ABRASION
• Es la propiedad mas difícil de medir, una muestra de
elastómero es sometida a abrasión con el uso de
discos cortantes midiendo el volumen de material
removido. Los resultados son expresados en índice
de resistencia a la abrasión.(ASTM D1630, D2228).
• El índice de resistencia a la abrasión es la relación
entre el volumen perdido de la muestra y el volumen
perdido por una masa elastomerica normalizada.
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PROPIEDADES DE LOS
ELASTOMEROS
RESISTENCIA AL DESGARRE
• Mide la fuerza requerida para desgarrar el caucho bajo la norma ASTM D624.
• La resistencia al desgarre se expresa en términos de fuerza por espesor de muestra KN/m
• La resistencia al desgarre declina apreciablemente con el incremento de la temperatura
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PROPIEDADES DE LOS
ELASTOMEROS
RESISTENCIA AL CALOR
• La exposición de un elastómero al calor causa una expansión del material que puede crear reacciones que alteren la estructura química del mismo que resultan en un deterioro irreversible en las propiedades del material
• La resistencia al calor puede ser evaluada sometiendo una muestra de elastómero a diversas temperaturas, midiendo en cada etapa el cambio de sus propiedades mecánicas.
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PROPIEDADES DE LOS
ELASTOMEROS
RESISTENCIA A LOS LIQUIDOS/GAS
• La absorción de líquidos por la goma causa hinchamiento lo que provoca un deterioro de las propiedades del material. Este proceso se realiza por difusión.
• El hinchamiento ocurre hasta un punto de equilibrio, teniendo cada elastómero una capacidad diferente para que los fluidos sean solubles en el.
• Prueba normalizada para fluidos ASTM D471 y para gas ASTM D815.
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ELASTOMEROS
TIPOS COMUNES DE ELASTOMEROS
Propiedades Mecánicas
Resistencia a la Abrasión
Resistencia a Aromáticos
Resistencia a H2S
Resistencia al Agua
Límite de Temperatura
Excelente
Muy Buena
Buena
Buena
Buena
200 °F
Buena
Buena
Muy Buena
Buena
Excelente
220 °F
Buena
Buena
Muy Buena
Buena
Excelente
275 °F
Pobre
Pobre
Excelente
Excelente
Excelente
300 °F
Características Nitrilo
Medio
Nitrilo
Alto
Nitrilo
Hidrogenado
Fluor
Elastómero
Tipos de Elastómeros
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Drive Systems INTERFERENCIA ROTOR-ESTATOR
El ajuste rotor-estator es el que obtiene el aislamiento
entre las cavidades. Una baja interferencia ocasiona
mucho escurrimiento y por ende bajas eficiencias
volumétricas, un sobre ajuste produce esfuerzos
excesivos sobre el elastómero disminuye la vida útil de
la bomba o desgarramiento prematuro del mismo
Un elastómero debe poseer cierta rigidez de ejercer
suficiente fuerza de sello pero a la vez suficiente
flexibilidad para permitir el paso de partículas sólidas
sin causar desgarramiento
Los fabricantes de bombas comercializan rotores
estándar, subdimensionado y sobredimensionados para
lograr el ajuste requerido.
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SELECCIÓN Y VALIDACION DE UN
ELASTOMERO PARA UNA APLICACION
• La metodología de selección de elastómeros para
estatores BCP contemplan dos niveles de preselección y
un nivel de validación.
• En el nivel de preselección se elige el tipo genérico de
elastómero sea Nitrilo Convencional(medio o alto
contenido de nitrilo), nitrilo hidrogenado o fluor-
elastómero. Esto se lleva acabo analizando las
condiciones de operación para cada caucho por
separado. Estas condiciones de operación en orden de
criticidad son: Temperatura de operación, Contenido de
H2S, Contenido aromáticos livianos, Contenido CO2,
contenido aromáticos pesados, contenido de arena.
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• En el primer nivel de preselección se utiliza como herramienta los criterios cualitativos que son entregados a nivel comercial y los criterios cuantitativos mostrados en la siguiente tabla.
SELECCIÓN Y VALIDACION DE UN
ELASTOMERO PARA UNA APLICACION
CONDICION RANGO ELASTOMERO ROTOR
TEMPERATURA
Menos de 180 F Convencional
Estándar Menos de 250 F Hidrogenado
Menos de 320 F Flúor elastómero
GRAVEDAD
API
Menos de 15
Convencional
Subdimensionado
Estándar Hidrogenado
Flúor elastómero
Mas de 15
Convencional alto
Subdimensionado
Estándar
Hidrogenado
Flúor elastómero
AROMATICOS
LIVIANOS
Menos del 3%
Convencional
Estándar Hidrogenado
Flúor elastómero
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SELECCIÓN Y VALIDACION DE UN
ELASTOMERO PARA UNA APLICACION
CONDICION RANGO ELASTOMERO ROTOR
AROMATICOS
LIVIANOS
Entre 3% Y 6%
Convencional alto
Hidrogenado
Subdimensionado
Subdimensionado
Fluor-elastómero Estándar
Mas del 6% Fluor-elastómero Estándar
CONTENIDO
AROMATICOS
PESADOS
Menos del 30%
Convencional
Hidrogenado
Flúor elastómero
Estándar
Entre 30% y 50%
Convencional alto
Hidrogenado
Flúor elastómero
Estándar
Mas del 50%
Convencional alto
Hidrogenado
Estándar
Subdimensionado
Fluor-elastómero Estándar
CONTENIDO
H2S
Menos de 500 ppm
Convencional
Hidrogenado
Fluor-elastómero
Estándar
Menos de 1000 ppm
Hidrogenado
Flúor elastómero
Estándar
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SELECCIÓN Y VALIDACION DE UN
ELASTOMERO PARA UNA APLICACION
CONDICION RANGO ELASTOMERO ROTOR
CONTENIDO H2S Menos de 5000 ppm Hidrogenado Estándar
CONTENIDO CO2
Menos de 2%
Convencional
Hidrogenado
Estándar
Fluor-elastómero Estándar
Menos de 5%
Convencional
Hidrogenado
Estándar
Menos del 15%
Convencional alto
Hidrogenado
Subdimensionado
CONTENIDO DE
ARENA
Menos de 1%
Convencional
Hidrogenado
Fluor-elastómero
Estándar
De 1% a 5%
Convencional medio
Hidrogenado
Estándar
Subdimensionado
Mas del 5% Convencional bajo
Convencional medio
Subdimensionado
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• El segundo nivel de preselección consiste en evaluar los elastómeros que presenten mejor desempeño en cuanto a propiedades mecánicas.
SELECCIÓN Y VALIDACION DE UN
ELASTOMERO PARA UNA APLICACION
PROPIEDAD NBR/HNBR FKM
Dureza(Shore A) De 55 a 80 De 55 a 80
Resistencia la tensión(Mpa) Mas de 15 Mas de 10
Elongación máxima a la ruptura(%) Mas de 500 Mas de 350
Resistencia al desgarre (Kg./mm) Mas de 4 Mas de 2,5
Resistencia a la fatiga(ciclos) Mas de 55000 Mas de 55000
Deformación permanente % Menos de 35 Menos de 35
Resistencia a la abrasión( % de
perdida de peso)
Menos de 0,2 Menos de 0,2
Hinchamiento en aceite ASTM (%) Menos de 5 Menos de 2
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• La ultima etapa de selección se realiza mediante pruebas de autoclave a las condiciones de operación. Esta etapa de selección solo se considera necesaria en aquellas aplicaciones criticas en las cuales las exigencias del desempeño del elastómero son elevadas.
• Los ensayos se realizan en un autoclave con probetas de los elastómeros preseleccionados que se sumergen en la muestra de crudo a 1000 psi de presión y a la temperatura típica del campo. Adicionalmente, la fase gaseosa se completa con concentraciones de H2S y CO2 típicas de los pozos en cuestión. La prueba dura 7 días, los cuales se consideran suficientes para alcanzar las condiciones de hinchamiento de equilibrio.
SELECCIÓN Y VALIDACION DE UN
ELASTOMERO PARA UNA APLICACION
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• Una vez finalizado el ensayo se determina el hinchamiento gravimetrico y volumétrico, que experimento el elastómero y se evalúa la variación en propiedades mecánicas(dureza, tracción,elongación y fatiga) con el objeto de decidir la alternativa con mejor desempeño.
SELECCIÓN Y VALIDACION DE UN
ELASTOMERO PARA UNA APLICACION
PROPIEDADES CRITERIO DE ACEPTACION
Variación de dureza % +-10
Variación en resistencia tensil % +-20
Variación en elongación en ruptura % +-20
Resistencia a fatiga(ciclos) > 55000
Hinchamiento % < 3 % (rotor estándar)
3% a 8%(rotor undersize)
> 8% rechazo
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• Es importante señalar en este punto que el tamaño del rotor para la aplicación debe determinarse en base a tres parámetros específicos: el hinchamiento que experimenta el elastómero durante la operación, la deformación permanente característica del material seleccionado y su coeficiente de
dilatación térmica así:
Df=Di(H+ET-Dp)
Df=Dimension final elastomero
Di=Dimension inicial elastomero
H=Hinchamiento volumetrico
ET=coeficiente dilatación térmica x temperatura
Dp=deformación permanente
• De no contar con E y Dp dimensionar rotor por hinchamiento, cual es el factor dominante.
SELECCIÓN Y VALIDACION DE UN
ELASTOMERO PARA UNA APLICACION
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
FLUJOGRAMA GENERAL
GEOMETRIA POZO
Tipo y curvatura
CONFIGURACION POZO
Casing, tubing, cabillas,
limitaciones mecánicas
CONDICION YACIMIENTO
IPR, tasa de producción, PWF, NF,
GOR.
PROPIEDADES DEL FLUIDO
Temperatura, densidad,viscocidad,
BSW, arena, H2S, CO2, aromáticos
PROFUNDIDAD DE
ASENTAMIENTO
PRESION DESCARGA
PRESION INTAKE
PERDIDAS PRESION
PRODUCCION Y
LEVANTAMIENTO
REQUERIDO
SELECCIÓN DE LA
BOMBA
SELECCIÓN VARILLAS
Torque, esfuerzos de tensión,
cargas de contacto
varilla/tubing, vida útil
tubing
SELECCIÓN DE EQUIPOS
DE SUPERFICIE
Potencia requerida, torque y
velocidad de diseño en
superficie
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CONSIDERASIONES DE DISEÑO
GEOMETRIA DEL POZO
• PCP es comúnmente usado en pozos desviados y direccionales. El ángulo del hoyo y la severidad de la curvatura gobierna el contacto entre entre la sarta de varillas y la tubería de producción, siendo esto causa de muchos problemas de desgaste y esfuerzos adicionales. Una representación precisa del perfil del pozo es fundamental.
• El perfil del pozo es la herramienta fundamental para determinar la conveniencia o no del uso de centralizadores, rod guides y rotadores de tubería así como de su posición en la sarta de cabillas con el fin de evitar el acelerado desgaste del tubing y fallas por rotura del mismo.
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
VISCOSIDAD Y DENSIDAD DEL CRUDO
• El problema asociado a la alta viscosidad y densidad
radica en la influencia en las perdidas de producción. La
fricción generada a nivel de tubería y bomba tiende a ser
muy elevada incrementando los requerimientos de torque
y potencia.
• Las perdidas de flujo se traducen en una presión
diferencial adicional a la presión hidrostática, alcanzando
rangos excesivos de levantamiento neto. Por otra parte
esta presión tiene su efecto sobre el torque requerido por
el sistema. Por tanto se convierte en un parámetro critico
de diseño
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
VISCOSIDAD Y DENSIDAD DEL CRUDO
• Para reducir las perdidas de flujo se tiene las
siguientes opciones:
1. Utilizar tuberías de mayor diámetro
2. Inyectar agua, químicos o diluente para reducir la
viscosidad del crudo, en este caso se debe verificar
la compatibilidad de estos productos con el
elastómero.
3. Utilizar varilla continua para minimizar las
restricciones de flujo por centralizadores o
acoples.
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
GAS LIBRE
• Muchos de los pozos operan a presiones de fondo
menores a la presión de burbujeo, lo cual trae como
consecuencia alto contenido de gas libre. El gas entra a
la bomba causando una aparente disminución de la
eficiencia volumétrica debido a que ocupa volumen en
las cavidades y el problema esta en que este efecto no se
considere al estimar el volumen de fluido a desplazar por
la bomba.
• Se recomienda colocar la bomba debajo de las
perforaciones o el uso de separadores de gas o tubería de
cola.
Qgpip=(0.17811*Qgsup*Bg)-(0.17811*Qosup*Rs*Bg)
Qgpip=Tasa gas libre a la entrada de la bomba BPD
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
GAS LIBRE
• Alta producción de gas libre tiene un efecto
negativo en la vida esperada de la bomba, ya que la
temperatura interna de operación es regulada por el
fluido y en este caso es posible que se exceda la
temperatura limite del elastómero.
• En la condición anterior y por efecto de temperatura
ocurrirá una extensión del proceso de vulcanización
del elastómero volviéndolo duro e inflexible, lo que
ocasiona agrietamiento empeorando la eficiencia
volumétrica y aumentando los torques
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
EFICIENCIA VOLUMETRICA
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
EFICIENCIA VOLUMETRICA
PCP Progressive Cavity Pump
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
PRESENCIA DE ARENA
• Los sistemas PCP pueden manejar de moderadas a altas
cantidades de arena, sin embargo las baches por periodos cortos ocasionan obstrucciones.
• Los aumentos bruscos de velocidad, disminuyen bruscamente la presión diferencial en la cara de la arena causando el desprendimiento de los granos. Los aumentos de velocidad deben ser de poco incremento y en periodos largos permitiendo la estabilidad del
yacimiento.
• Otro problema común es la deposición de arena sobre la bomba. Esto sucede cuando las condiciones por encima de la bomba no son capaces de acarrear los granos de arena hasta la superficie, por tanto es necesario conocer la velocidad de asentamiento del grano así como la velocidad de acarreo.
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
PRESENCIA DE ARENA
• Para evitar que la arena se deposite sobre la bomba la velocidad de acarreo debe ser 1.6 veces mayor que la de asentamiento.
• Se recomienda dejar bolsillos debajo de la bomba que permita tiempos largos de operación antes de que la arena llegue a nivel de la bomba y realizar diseños de entrada de la bomba de diámetro constante que no representen restricción.
• Es muy importante la selección de tipos de elastómeros y rotores apropiados para las aplicaciones abrasivas.
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
PRESENCIA DE CO2 Y H2S
• El H2S causa extensión de la vulcanización del elastómero lo que resulta en endurecimiento y eventual ruptura del mismo. Los nitrilos hidrogenados tienen mejor resistencia a estos componentes.
• La combinación de CO2 con altos cortes de agua pueda acelerar la corrosión, particularmente en la sarta de varillas. Además genera un mecanismo de falla llamado Descompresión explosiva, donde moléculas de gas a alta presión se difunden en la masa elastomérica, una subsecuente reducción de presión dentro de la bomba causa agrietamiento interno.
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
PRESENCIA DE CO2 Y H2S
• Existen varillas fabricadas con materiales especiales capaces de mitigar el efecto corrosivo. Para aplicación de inhibidores de corrosión, estos deben ser compatibles con el material elastomérico utilizado. Además genera un mecanismo de falla llamado Descompresión explosiva.
• La ED es un mecanismo especifico de fallas que ocurre cuando un elastómero es sometido a altas presiones en presencia de CO2 que se difunde en la masa elastomerica, y repentinamente sucede una brusca reducción de la presión causa fracturamiento interno de la goma.
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
PRESENCIA DE AROMATICOS
• Los componentes como el xileno, benceno y tolueno, inducen hinchamiento en el elastómero. Este proceso generalmente es inmediato o puede tomar hasta seis meses para lograr un ensanchamiento máximo del 15%. El aumento del acrilonitrilo en el elastómero disminuye el hinchamiento por dichas sustancias, pero solo se permite un contenido máximo de ACN del 50% debido a que este disminuye las propiedades mecánicas.
• El efecto de hinchamiento se contrarresta anticipadamente con la selección del elastómero y el dimensionamiento del rotor correspondiente (UND,STD,OVER). No se recomienda que el crudo tenga un contenido de aromáticos livianos mayor al 12%.
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
REQUERIMIENTOS DE TORQUE Y
POTENCIA
• El torque requerido por la bomba consta de dos
componentes: el torque hidráulico y el torque por
fricción.
• El torque hidráulico es directamente proporcional al
desplazamiento de la bomba, la presión diferencial a
través de la bomba y las perdidas de flujo.
• El torque de fricción es aquel que se necesita para
vencer la fricción mecánica entre rotor y estator.
• El torque de resistencia se considera relevante solo en
fluidos con viscosidad mayor a 500 cp, y es el generado
por el fluido ante el movimiento rotativo de las varillas.
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
CARGA AXIAL
• La carga axial es una combinación de distintos
componentes:
1. Carga por presión hidrostática
2. Peso de la sarta de varillas
3. Fuerzas ascendentes de flujo (carga
hidrostática sobre los acoples)
Ssarta= Sbomba + Σ peso – Σ fuerzas ascendentes
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
ESFUERZO COMBINADO
• Es el utilizado para la selección de la varilla
apropiada y se define como el esfuerzo
efectivo como consecuencia del torque y la
carga axial.
62
2
42
2
*
*2
*
*1
r
sarta
r
sartae
D
TC
D
SC
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
CARGAS DE CONTACTO ROD/TUBING
Esfuerzo de contacto
concentrado
Esfuerzo de contacto
concentrado
Varilla convencional
con cargas inducidas
por gravedad
Varilla Convencional
con cargas inducidas
por curvatura Esfuerzo de contacto
distribuido
Esfuerzo de
contacto
concentrado
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
CARGAS DE CONTACTO ROD/TUBING
• La varilla convencional la carga de contacto esta
representada por cargas concentradas en los acoples. La
carga neta de contacto es la resultante de las cargas
inducidas por gravedad (peso), y aquellas que se
desarrollan a partir de la combinación entre la curvatura
del pozo y la tensión en la sarta. En varillas
convencionales la carga neta de contacto esta dada así:
F contacto = F grav + F curv
• La componente de fuerza por curvatura será
dependiente de la severidad de la misma y de las
fuerzas de tensión, volviendose criticas para
severidades mayores de 6º/100 ft.
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
CARGAS DE CONTACTO ROD/TUBING
Angulo de desviación Carga de contacto
uniformemente
distribuida
Radio de curvatura
Carga de contacto
uniformemente
distribuida
Tensión
Varilla continua con
cargas inducidas por
gravedad
Varilla continua con
cargas inducidas por
curvatura
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
CARGAS DE CONTACTO ROD/TUBING
• La carga de contacto en la varilla continua esta
representada por cargas distribuidas a lo largo del cuerpo.
La carga neta de contacto al igual que en las
convencionales es la resultante de las cargas inducidas
por gravedad (peso), y aquellas que se desarrollan a partir
de la combinación entre la curvatura del pozo y la tensión
en la sarta. En varillas convencionales la carga neta de
contacto esta dada así:
F contacto = F grav + F curv
• La diferencia en el calculo esta en la formulación de cada
componente de fuerza, ya que para ambas varillas no
cambia la naturaleza de la fuerza, sino el
tipo(concentrada/lineal).
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
DESGASTE DE LA TUBERIA
• El desgaste de la tubería es aquel que genera la fricción
entre los acoples,varillas y tubería durante el movimiento
rotativo. El grado de desgaste es directamente
proporcional al valor de la fuerza de contacto y en
pequeña medida aumenta de forma exponencial al
contenido de arena.
• Wt = 0.0072485 * 10^0.075S * F contacto
Wt = pulg./Mmrev
S = % arena
• Entre los accesorios para minimizar el desgaste tenemos
Rod Centralizer, Rod Guide, Varilla continua y
Rotadores de tubería
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
DESGASTE DE LA TUBERIA
• Los rod centralizer son acoples de varilla que rotan dentro de un elemento estabilizador de material sintético que esta en constante contacto con la tubería, y el cual, tiene un coeficiente de desgaste inferior al acero ofreciendo mayor resistencia a este efecto. Por otro lado, su diámetro externo mayor entrega mayor volumen de material extendiendo el tiempo de falla del acople. Cuando las cargas son muy altas( severidad alta) se hace necesario completar la instalación con Rod Guides cuyo objetivo es aumentar los puntos de contacto disminuyendo el valor de la carga.
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
DESGASTE DE LA TUBERIA
• La varilla continua disminuye la carga de contacto entre 80 y 100 veces con respecto a la varilla convencional, entonces su tasa de desgaste 36 veces menor.
• La varilla continua tiene una dureza relativamente mayor a la tubería, alargando su vida útil ante el efecto de desgaste. Ya que la tasa de desgaste en relación con la convencional es de 2 a 6 veces menor.
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Drive Systems
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
DESGASTE DE LA TUBERIA
• Los Tubing Rotator son accesorios dispuestos en
cabeza de pozo, que ayudados con una herramienta
swivel instalada en la tubería arriba de la bomba,
permite que esta gire en sentido horario, logrando
que el efecto de desgaste no se genere siempre
sobre el mismo punto.
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Drive Systems PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
DATOS REQUERIDOS
•Gravedad API crudo, Gravedad especifica del agua y del gas.
•BSW
•GOR
•Temperatura del fondo y superficie
•THP y CHP
•Presión estática del yacimiento
•Presión de burbujeo
•Prof. Perforaciones
•Profundidad de la bomba
•Puntos de prueba(Tasa de producción y presión fluyente)
•Tasa de diseño
•Contenido arena
•Contenido H2S
•Contenido CO2
•Contenido aromáticos
•Viscosidad cp.
•Niveles de fluido estáticos y dinámicos
•Diámetros de tubing y casing
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Drive Systems PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
PASO 1: Determinar la tasa de aporte de fluidos, calculando
la IPR
PASO 2: Determinar la necesidad de levantamiento de la
bomba
•Fracción crudo Fo=1-BSW
•Relación gas liquido
RGL=Fo*GOR
•Gravedad esp. del petróleo
γo = 141.5/(131.5 + API)
•Gravedad esp. de la mezcla
γl = Fo * γo + BSW * γw
•Gradiente de presión mezcla Gm = 0.433 * γl
•Presión de descarga
PDP = Gm* Hbomba
•Presión diferencial de la bomba
Pdif = PDP - PIP
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Drive Systems PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
PASO 3: Determinar el % gas libre a la entrada de la bomba Qgpip=(0.17811*Qgsup*Bg)-(0.17811*Qosup*Rs*Bg) Qo=Qosup*Bo Qw = Qw * Bw Qtotal = Qo + Qw + Qg % gas = Qg/Qtotal
PASO 4: Seleccionar la bomba
Esta selección se realiza tomando el modelo de bomba de fabricante que cumpla con la necesidad de levantamiento y producción de los pasos 3 y 4.
Se recomienda seleccionar una bomba que trabaje a un máximo de 75% de su capacidad de levantamiento para optima eficiencia.
No olvidar que al Qtotal debe adicionarse el Qslip el cual puede ser estimado por la curva de desempeño de la bomba ofrecida por el fabricante
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Drive Systems PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
PASO 5: Requerimientos de torque y potencia
T(lb*ft)=0.0897*V* Pdif + 2.381*10-8*Dr^3*L*µ*N/(Dt-Dr)+Tfriccion
V = desplazamiento BFPD/RPM
Dr = Diámetro de varilla en pulg.
Dt = Diámetro tubería en pulg.
L = Longitud sarta en ft
N = Velocidad de bombeo rpm
T fricción= Se toma del banco de prueba
HP = N * T /5252
PASO 6: Otros chequeos
•Cargas de contacto
•Velocidad de arrastre de arena
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Drive Systems COMPLETAMIENTO TIPICO
GUARDA
CORREAS
MOTOR
ELECTRICO
POLISHED ROD CLAMP
DRIVEHEAD
INTEGRAL
BOP-TEE
PUMPING TUBING HEAD
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems COMPLETAMIENTO TIPICO
SUCKER RODS
TUBING
BOMBA
ANCLA ANTITORQUE
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Drive Systems DRIVEHEADS
Representa el equipo de superficie y tiene las
siguientes funciones:
1. Trasmitir el movimiento de rotación a la
sarta de varillas.
2. Soportar la carga axial.
3. Acción de freno ante el backspin.
4. Impedir la fuga de fluidos a través del
Stuffing Box.
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Drive Systems DRIVEHEADS
• La carga axial esta soportada por los rodamientos, los cuales tienen una capacidad dinámica en Lbs según las normas ISO; pero también existe la capacidad dinámica Ca90 que es aquella carga máxima permisible para alcanzar una vida útil de 90 millones de revoluciones.
• Los sistemas de frenado se clasifican en dos grupos de accionamiento por fricción y de accionamiento hidráulico. Los primeros consisten en sistema de disco y pastillas accionadas mecánicamente o hidráulicamente, y el segundo es un motor hidráulico accionado por el backspin que mueve fluidos que al chocar con válvulas de drenaje generan resistencia al movimiento inverso.
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Drive Systems PARTES DE UN CABEZAL
•A. Polished Rod
•B. Clamp
•D. Brake
•K. BeltGuard
•M. Motor Drive
•N. Support Arm
•E. Trust Bearings
H. Stuffing Box
•I. Connection Flange
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Drive Systems PARTES DE UN CABEZAL
STUFFING BOX CONVENCIONAL
SISTEMA FRENO MECANICO
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Drive Systems TIPOS DE DRIVEHEADS
•Hollow Shaft
•100 HP max
•Freno de fricción por
accionamiento hidráulico
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems TIPOS DE DRIVEHEAD
•Hollow Shaft
•100 HP max
•Freno de fricción por
accionamiento mecánico
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems TIPOS DE DRIVEHEAD
HYDRAULIC
DRIVEHEADS
LT-HDH
•BRAKE TORQUE 50000-77000 LB
•MAX SPEED 800 RPM
•HYDRAULIC BRAKE
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems TIPOS DE DRIVEHEADS
LT-150 E
•MAX TORQ 2400 LB-FT
•MAX SPEED 800 RPM
•MAX AXIAL LOAD 50,000-77,000 LB
•MAX MOTOR 2 X 75 HP
•MECHANICAL BRAKE
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems
TIPOS DE DRIVEHEAD
•Hollow Shaft
•Right Angle
•Gas engine
•Solid Shaft
•Velocidad variable
mecánicamente
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Drive Systems MOTORES ELECTRICOS
• NEMA B. Deslizamiento normal, máximo deslizamiento 3%, y bajo a normal torque de arranque (100 a 175% de full carga). • NEMA C. Deslizamiento normal, máximo 5%, y moderadamente alto torque de arranque (200 a 250% de full carga). • NEMA D. Alto deslizamiento entre 5 y 13%, y alto torque de arranque (275% de full carga). Estos motores son los mas usados en el sistema de bombeo mecánico.
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Drive Systems
MOTORES ELECTRICOS
CARACTERISTICAS GENERALES
1. INVERTER DUTY O MOTOR SINCRONICO 2. NEMA B 3. HOSTILE DUTY 4. TEFC (TOTALLY ENCLOSED FAN COOLED) 5. 220-440 VOLT, 1200 RPM 6. WEATHERPROOF
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems
• Como su nombre lo indica, los VSD tienen la
capacidad de transformar la energía AC de
alimentación del motor eléctrico de frecuencia 60
Hz, a una frecuencia deseada por el usuario.
• Con la utilización de software de aplicación para
PCP, el VSD se convierte en una herramienta de:
1. Control de velocidad.
2. Control de torque.
3. Monitoreo.
4. Protección del sistema.
5. Diagnostico.
VARIADORES DE FRECUENCIA
GENERALIDADES
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems
VARIADORES DE FRECUENCIA
ESQUEMA DE CONFIGURACION
L1 L2 L3
DIODO
+
-
T1 T2 T3
BUS DC
AC
AC
INVERSOR
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems
1. Arranque suave, rampa de aceleración
2. Control de torques de arranque y de operación
3. Freno por corriente directa
4. Salidas análogas y digitales para control remoto
5. Freno dinámico
6. Inversión de giro
7. Aviso de falla con shutdown y rearranque automático
8. AC-TUNE
9. Torque Boost
10. Variables de monitoreo
VARIADORES DE FRECUENCIA
FUNCIONES RELEVANTES
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems
VARIADORES DE FRECUENCIA
VARIABLES DE MONITOREO
1. Velocidad de operación
2. Torque %
3. Frecuencia
4. Amperaje
5. Temperatura motor
6. Consumo de potencia
7. Consumo de energía
8. Tiempo de operación
9. Registro de fallas
10.Voltaje de alimentación
11.Estado de entradas y
salidas análogas y
digitales
12. Temperatura gabinete
13. Temperatura y presión
de fondo con sensores
14. Voltaje en Bus-DC
15. Torque en unidades de
ingeniería.
16. Voltaje del motor
17. Monitoreo de fallas de
motor y VSD
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems
CONTROLADORES DE FRECUENCIA
PROTECCIONES
• Sobre/bajo voltaje
• Sobre/baja temperatura
• Sobre/baja corriente
• Protección bajo nivel de fluido (sensores de fondo)
• Fase invertida
• Falla tierra
• Supresión de fases
• Protección falla externa
• Protecciones de alta/baja presión en la línea de
flujo
• Protecciones de fallas en memoria, IGBT y otros
componentes del VSD
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Drive Systems
VSD SIEMENS KEYPAD VSD UNICO
TARJETA DE CONTROL
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems
LOCK DOWN NO-TORQUE TUBING
ANCHOR CATCHER
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems
LOCK DOWN NO-TORQUE
TUBING ANCHOR CATCHER
• Es una herramienta mecánica confiable diseñada para
anclar la tubería en tensión o compresión y resiste
apropiadamente a torques generados.
• Económica y fácil de operar, se asienta solo con 1/4 de
giro y peso.
• El ID de la herramienta es amplio permitiendo gran área
de flujo.
• Shear pins para emergencias.
• Amplio espacio anular que permite fácil migración de
gas alrededor de la herramienta.
• Cuando se corre con PCP o ESP incrementa la
eficiencia de bombeo.
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Drive Systems LT-SCROLL PCP ANCHOR
USA UN SISTEMA DE DRAG
BLOCKS PARA ARRASTRAR EL
ANCLA Y DESPLEGAR LAS CUÑAS,
YA QUE, ESTAS SE ENCUENTRAN
RETRAIDAS DURANTE LA
INSTALACION, EVITANDO DAÑO
EN LAS MISMAS POR FRICCION
CON LA TUBERIA.
FACIL REPARACION Y ELIMINA
LOS PROBLEMAS ASOCIADOS A
LOS SPINGS.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems LT-CAM ANCHOR
LAS CUÑAS ESTAN RETRAIDAS
DURANTE LA INSTALACION, LOS
DRAG BLOCK CENTRALIZAN EL
ANCLA Y EJERCEN RESISTENCIA
FRICCIONAL CON EL CASING PARA
DESPLEGAR LAS CUÑAS, ES DE MUY
FACIL REPARACION.
EL ANCLA FUNCIONA CON UN
MECANISMO DE SEGURO (CAM), EL
CUAL SE ACCIONA AL APLICAR
TORQUE MIENTRAS LAS CUÑAS SE
DESPLIEGAN HACIA FUERA.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems ANTI-VIBRATION SUB
EL AVS ES UBICADO ENCIMA DEL
ESTATOR, LAS CUÑAS ESTAN
SOPORTADAS POR RESORTES,
SU TRABAJO CONSISTE EN
PROVEER UN COLCHON ENTRE
LA TUBERIA Y EL CASING
AUMENTANDO LA VIDA UTIL DE LA
BOMBA
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems INSTALACION SISTEMA PCP
ACTIVIDADES PRE-OPERACIONALES
• Charla pre-operacional de workover.
• Listado de chequeo de equipos.
• Revisión de las especificaciones de equipos según
diseño y que todos se les halla realizado un test de
prueba.
• Chequeo y revisión de roscas.
• Revisión de herramienta especializada.
• Medición de long, ID, OD de la herramienta a instalar
en el fondo del pozo.
• Revisar si el rotor y estator se encuentran apareados por
sus PN o por una prueba de eficiencia.
• Registrar los números seriales.
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Drive Systems INSTALACION SISTEMA PCP
ENSAMBLE BHA
• Este debe ser pre-ensamblado en piso o
sobre burros, para posteriormente colgarlo
completamente con el elevador subirlo a la
torre y bajarlo al pozo.
• Es recomendable que sea torqueado
manualmente con llaves de tubo o cadena
preferiblemente para evitar daños en el
estator, además por lo general los
diámetros externos de los estatores no son
comerciales y las llaves hidráulicas no
vienen especificadas para los mismos.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems INSTALACION SISTEMA PCP
ENSAMBLE BHA
• Engrasar los pines del niple de paro y
enroscarlo a la conexión del estator y
apretar con llave hasta un torque
optimo.
• Enroscar la conexión del ancla al otro
pin del niple de paro y apretar con llave
hasta un torque optimo.
• Apretar un coupling de tubería al pin
del ancla para proteger la rosca durante
la instalación.
• El torque optimo es el mismo que
estipula la API para tubería J-55.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems INSTALACION SISTEMA PCP
ENSAMBLE BHA
• Al extremo superior del estator engrasar,
enroscar y apretar con llave hasta torque
optimo un niple de maniobra, el cual,
servirá para colgar el BHA y debe ser del
mismo diámetro del estator o mayor, para
evitar daños por el movimiento excéntrico.
• Bajar BHA al pozo asegurándose que las
cuñas del ancla se encuentren
desasentadas. Una vez se hallan corrido
los 10 primeros tubos realizar prueba de
asentamiento al ancla.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems INSTALACION SISTEMA PCP
ASENTAMIENTO DEL ANCLA
• Una vez se halla retirado la preventora y colocado el colgador de la tubería se procede a asentar el ancla, la Dual Down Lock no Torque Anchor Catcher se asienta aplicando torque a la derecha y posteriormente colocando peso sobre la misma, finalmente se libera el torque aplicado.
• Si el mal estado del casing no permite la aplicación del torque, adicionar o restar un tubo y volver a intentar buscando una ubicación propicia del ancla.
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Drive Systems INSTALACION SISTEMA PCP
INSTALACION SARTA DE VARILLA
Bajar el rotor verificando que no presente daño o
ralladura alguna, levantarlo colocando un Pony
Rod de 6 ft por encima, evitar producir daños en
la capa de cromo durante la aplicación de torque
al Pony de maniobra.
Correr varillas con la regla del desplazamiento
circunferencial apretando manualmente con llave
de boca fija o con llave hidráulica para varillas.
Una vez se halla tocado el niple de paro realizar
procedimiento de espaciamiento y apretar la barra
lisa. Es recomendable usar Polished Rod
coupling, ya que la longitud de la rosca de esta
ultima es mayor que la de la varilla convencional.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems INSTALACION SISTEMA PCP
INSTALACION DRIVE HEAD
Sostener la sarta con una grapa, dejando al
menos unos 6 ft de barra lisa por fuera para la
instalación. Levantar el cabezal amarrándolo
apropiadamente, de tal manera que se mantenga
horizontal. Esta ultima maniobra puede
realizarse con un Unicornio de capacidad de 5
ton para mayor maniobrabilidad y seguridad,
pero de no contar con este utilizar bloque
viajero.
Colocar un protector de rosca de acero
inoxidable con punta en cono con el fin de
protegerla de daños durante la instalación.
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Drive Systems INSTALACION SISTEMA PCP
INSTALACIÓN DRIVEHEAD
Colocar el cabezal por encima de la barra lisa
y descender atravesando esta ultima a través
del hollow shaft, utilizar cuerdas para guiar el
cabezal y un ayudante sobre el guardacorreas
para que haga contrapeso.
Una vez lo anterior suceda conectar un Pony
Rod de maniobra a la barra lisa y levantarla
sarta para retirar la grapa, seguido enroscar el
cabezal o apretar el flange según el tipo de
conexión.
Si la conexión es flange no olvidar colocar
primero el Ring Gasket.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems INSTALACION SISTEMA PCP
INSTALACION DRIVEHEAD
Ajustar el clamp de la barra lisa ubicando
correctamente el cuadrante de la misma, con
el cuadrante del eje del cabezal. Una vez
realizado esto es posible retirar el Pony Rod
de maniobra.
Realizar las conexiones eléctricas al motor,
evitando los puntos calientes. Verificar la
tensión en las correas y abrir válvulas a la
línea de flujo.
Antes de arrancar tomar niveles de fluido
estáticos.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems INSTALACION SISTEMA PCP
ARRANQUE Y MONITOREO
Programar el variador de frecuencia con
los valores correctos de placa y no
olvidando setear las protecciones
necesarias, verificar el sentido de giro e
invertirlo de ser necesario.
Arrancar a bajas revoluciones hasta que el
fluido aparezca en superficie, vigilar los
valores de amperaje, voltaje y torque.
Aumentar las revoluciones según el
monitoreo de niveles de fluido y pruebas
de producción.
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Drive Systems MANTENIMIENTO RUTINARIO
LUBRICACION
• Los cabezales lubricados con aceite hidráulico corriente
se les realiza cambio por primera vez 500 horas después
de la instalación y luego cada 5000 horas de servicio. El
cambio también se realiza cuando visualmente se
observa el aceite contaminado. Con aceites sintéticos
como el ESSO TERRESTIC, TEXACO PINNACLE, o
equivalentes, el cambio de aceite debe ser anual.
• Aquellos equipos con frenos hidráulicos se les realiza
cambio de filtros junto con el cambio de aceites
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems MANTENIMIENTO RUTINARIO
INSPECCION DE CORREAS y POLEAS
• La inspección debe ser realizada con el sistema en
operación, los problemas se identifican por percepción
de ruidos o vibraciones anormales.
• Si se detecta desgaste o daño excesivo deben ser
remplazadas, en caso de tener correas múltiples es
recomendable remplazarlas todas al mismo tiempo para
garantizar que el comportamiento sucesivo sea
equivalente. Al realizar el cambio mantenga una tensión
adecuada para evitar deslizamiento o fallas prematuras.
Los daños inusuales pueden indicar mala operación de
frenado ante el backspin.
• Las poleas se inspeccionan para detectar desgastes,
agrietamiento o partiduras.
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Drive Systems MANTENIMIENTO RUTINARIO
MANTENIMIENTO STUFFING BOX
• Los stuffing deben mantener una pequeña filtración
por lubricación y alivio de presiones, en caso de ser
excesiva debe ajustarse la tapa para que los
empaques se asienten y se controle la filtración.
• los stuffing vienen provistos con graseras para su
lubricación interna con grasa a base de litio, en este
caso engrasar semanalmente.
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Drive Systems
PROBLEMAS OPERACIONALES
COMUNES
Problema: No existe producción ni movimiento de la barra lisa
Causas: Correas y/o poleas
desajustadas Problemas electricos Motor muy pequeño
Soluciones: Ajustar correas y poleas Diagnostico electrico Redimensionar motor
electrico
Problema: Baja producción con velocidad y torque normales
Causas: Tasas de produccion
sobreestimadas Restriccion en el intake Alto contenido de gas
libre Hueco en la tuberia Perforaciones tapadas
Solucion: Realizar nuevas pruebas de
produccion Circular el pozo Instalar separador de gas,
tuberia de cola. Remplazar tuberia o
conexiones dañadas Circular pozo
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Drive Systems
PROBLEMAS OPERACIONALES
COMUNES
Problema: Producción esporadica con velocidad normal ytorque normal
Causas: Alto contenido de gas libre Bajo nivel de fluido,
bombeo en vacio
Soluciones: Instalar separador de gas,
tuberia de cola. Bajar la velocidad de
bombeoProblema: sin producción, muy baja velocidad y torquealto
Causas: Ensanchamiento del
elastomero
Soluciones:Evaluar compatibilidadentre elastómero y fluido
Problema: sin producción, velocidad normal, torquenormalCausas: Hueco en la tuberia
Soluciones: Remplazar tuberia o
conexiones dañadas
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems
PROBLEMAS OPERACIONALES
COMUNES
Problema: Sin producción, velocidad normal, torque bajo
Causas: Restricciones intake Hueco en la tuberia Perforaciones tapadas Varillas o barra lisa rota Bombeo en vacio Rotor partido
Soluciones: Circular pozo Remplazar tuberia o
conexiones dañadas Remplazar varillas o
conexiones dañadas Dismunuire velocidad de
bombeo, usare bomba más pequeña
Remplazar rotor Problema: Sin producción, bajo torque, sin backspin Causas: Varilla o barra lisa partida Tuberia rota o suelta
Soluciones: Remplazar varilla o barra
lisa Remplazar tuberia o
conexiones dañadas
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Drive Systems
PROBLEMAS OPERACIONALES
COMUNES
Problema: Baja producción, velocidad normal, torque bajo
Causas: Restricciones intake Alto gas libre
Rotor espaciado arriba Hueco en la tuberia Bombeo en vacio Perforaciones tapadas Daño estator
Soluciones: Circular pozo Colocar separador de gas o tuberia
de cola Re-espaciar Remplazar tuberia o conexiones Disminuir velocidad de bombeo Circular pozo Remplazar estator
Problema: Bala producción, velocidad baja/normal, torque alto
Causas: Alto corte de arena Ensanchamiento
elastomero Bomba en vacio Daño estator
Soluciones: Circular pozo, disminuir velocidad Evaluar compatibilidad crudo-goma
Circular pozo Remplazar estator
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems IDENTIFICACCION DE FALLAS
ESTATOR DAÑADO POR ABRASION
Identificación de la falla
• Disminución significativa de la eficiencia volumétrica
sin que sea atribuible a condiciones de operación o
producción. Causado por uso normal por tiempo de
operación, fluidos abrasivos, alta velocidad de
operación, mal diseño de ajuste rotor Estator.
Soluciones
• Usar bomba de mayor capacidad para trabajar a menos
revoluciones, asegurarse que el elastómero sea el
apropiado para la aplicación
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems IDENTIFICACCION DE FALLAS
ESTATOR DAÑADO POR ENDURECIMIENTO
Identificación de la falla
• la superficie del elastómero presenta una dureza
superficial superior a la inicial en una medida que
supera los 5 puntos de dureza Shore A. Lo causa la
presencia de H2S y alto calor interno en el elastómero.
Soluciones
• Asegurarse que el elastómero sea el correcto para la
aplicación.
• Asegurarse de que exista suficiente fluido a través de la
bomba para disipar el calor.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems IDENTIFICACCION DE FALLAS
ESTATOR DAÑADO POR SURCOS Y
HENDIDURAS
Identificación de la falla
• Grietas y hendiduras profundas en la superficie
externa del elastómero en la misma dirección del
flujo. Esto es ocasionado por partículas sólidas
grandes que quedan atrapadas entre el rotor y el
estator.
Soluciones
• Realizar limpieza del fondo antes de la instalación.
• Configuración del pin de paro que impida el paso de
partículas.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems IDENTIFICACCION DE FALLAS
ESTATOR DAÑADO POR ENSANCHAMIENTO
Identificación de la falla
•La evaluación de la bomba en el banco de pruebas o en
la propia aplicación demuestra un incremento excesivo
del torque y de potencia. La parte interna del estator se
muestra alterada con una especie de burbujas y pliegues.
En este caso la Bomba ha sido afectada por gases
producidos por el pozo.
Soluciones
•Asegurarse que el elastómero es correcto para la
aplicación.
•Debe realizarse prueba de compatibilidad del elastómero
y los gases producidos.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems IDENTIFICACCION DE FALLAS
ESTATOR DAÑADO POR TRABAJO EN VACIO
Identificación de la falla
• La superficie de la goma se encuentra dura,
brillante y extremadamente agrietada. Se produce
por calor excesivo interno de la bomba.
Soluciones
• Asegurese que exista suficiente nivel de fluido.
• Utilice un pin de paro perforado y asegurese que
el fondo del pozo este limpio.
• Asegurese de que las perforaciones estén
limpias.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems IDENTIFICACCION DE FALLAS
ROTOR DAÑADO POR DESGASTE EN LA CAPA DE CROMO
Identificación de la falla
• Desgaste extremo por efecto abrasivo sobre la capa de cromo y la base metálica del rotor y ubicado sobre las partes gruesas del rotor.
Soluciones
• Limpieza exhaustiva del fondo del pozo.
• Asegurarse de un espaciado correcto del rotor
• Utilizar una configuración adecuada de pin de paro.
• Asegurarse de utilizar elastómero apropiado para la aplicación
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems IDENTIFICACCION DE FALLAS
ROTOR DAÑADO POR AGRIETAMIENTO
Identificación de la falla
• Superficie del rotor severamente agrietada en forma
de mapa. Causado por calor excesivo por bajo fluido a
través de la bomba, ajuste excesivo rotor-estator o
elevadas temperaturas de operación.
Soluciones
• Asegurarse que existe suficiente niveles de fluido y
que los perforados no se encuentren tapados
• Asegurar la correcta interferencia rotor estator.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems IDENTIFICACCION DE FALLAS
ROTOR DAÑADO POR MARCAS O RAYADURAS
Identificación de la falla
• Se observan marcas o rayas sobre las paredes gruesas
de la superficie del rotor con orientación perpendicular
al eje de rotación de la bomba debido a desgaste
normal y elementos abrasivos.
Soluciones
• Bomba con mayor capacidad volumétrica para operar
a menores velocidades.
• Ajuste rotor-estator adecuado para la aplicación.
• Elastómero adecuado
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems
NUEVOS DESARROLLOS DE BOMBAS
PCP INSERTABLE
La bomba completa es instalada con la sarta de varillas
sin necesidad de remover la tubería de producción, con
esto, minimiza el tiempo de intervención y, en
consecuencia, el costo de workover.
Por las limitaciones dimensionales son de baja capacidad
volumétrica.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems
NUEVOS DESARROLLOS DE BOMBAS
CTR PC PUMP
Son bombas con masa elastomerica de espesor constante, la
cual se encuentra distribuida en la parte interna del estator, el
resto de volumen del estator esta hecho con bronce. Al
presentar espesor delgado el ensanchamiento será mucho
menor que en las convencionales. El gran éxito esta en lograr
una capacidad de levantamiento entre 150-180 psi por etapa.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems
NUEVOS DESARROLLOS DE BOMBAS
PCP MULTILOBULO MODIFICADA
Con respecto a las bombas multilobulos convencionales,
estas reduce los efectos de fricción entre rotor y elastómero,
amplia el área de flujo y reduce el volumen de goma del
estator, sin violar los principios de engranajes helicoidales.
Se ha demostrado que esta geometría alarga la vida útil de
los equipos hasta un 25%.
PCP Progressive Cavity Pump
Drive Systems
NUEVOS DESARROLLOS DE BOMBAS
PCP EVEN WALL
Esta bomba elimina el elemento de bronce de las CTR,
moldeando el tubo del estator a la forma helicoidal. Se
logran grandes ventajas en el proceso de fabricación, ya que
pueden construirse en una sola pieza y no en varias como lo
son las CTR. Estas bombas generan hasta 210 psi por
etapa.
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Drive Systems
NUEVOS DESARROLLOS DE BOMBAS
PCP CHARGE PUMP
• Son dos bombas dispuesta en tandem, la bomba inferior(charge pump) es de baja capacidad de levantamiento pero de alta capacidad volumétrica. Inversamente la bomba superior(bomba principal) es de baja capacidad volumétrica pero con mucha capacidad de levantamiento.
• La bomba principal se diseña para el levantamiento total, mientras la charge pump típicamente provee una capacidad de 600 ft. La bomba es típicamente aplicable a pozos gaseosos y con alto corte de arena y de baja velocidad de operación.
• En pozos gaseosos el efecto que produce es generar alta presión en el pup joint intermedio y el gas es forzado a permanecer en solución.
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Drive Systems
NUEVOS DESARROLLOS DE BOMBAS
HAND LEFT CIRCULATING PC PUMP
• Son dos bombas en tandem, el intake esta localizado en la parte media, la bomba superior bombea el fluido hasta la superficie normalmente como las convencionales, y La bomba inferior circula el fluido en reversa.
• La aplicación de esta bomba radica en que pueda ser profundizada lo mas bajo posible, de tal manera que la bomba inferior mantenga la arena suspendida