Unidad de bombeo mecanico.pdf

LUFKIN ARGENTINA S.A.

1979 - 2008 Curso de Bombeo Mecánico

“Curso de Bombeo Mecánico” Oxy Marzo 2008 Curso de Bombeo Mecánico

Presentacion Eugenio Ferrigno Ing Mecánico & Naval Trabajo en Lufkin Automation desde 1999, actualmente en la planta de Comodoro Rivadavia en Argentina como gerente de producto email: [email protected] Tel: +54 297 448 4050 www.lufkinautomation.com Curso de Bombeo Mecánico

Agenda • • • • • •

Sistema de bombeo mecánico Tipos de unidades Caracteristícas, mantenimiento y montaje Dinamometría Automatización Predicción de sistemas de bombeo mecánico – Programa SROD

Curso de Bombeo Mecánico

Historia Inauguración: 04/08/79 en el Parque Industrial de Comodoro Rivadavia. Nombre original: Hughes Tool Comodoro Rivadavia S.A.


Planta Industrial - Comodoro Rivadavia - Chubut


Planta Industrial • Superficie total: 4,05 Ha. • Superficie de Plantas: 9.220 m2


Fabricación de estructuras


Mecanizado


Ensamble de cajas


Sistema de Calidad • API Especificación 11E Q1 desde 1992 • ISO 9001 – 2000 • ISO 14000


Producción Total 8500 Unidades ARGENTINA 94%

RESTO DEL MUNDO 1%


AMERICA 5%

Producción en unidades 565

600

500

Cant. Unidades

424 360 358

400

300

263 242

263

243 186

200

100

422 412

190

69

41

0

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004


Servicios : • Montaje y desmontaje de unidades de bombeo • Mantenimiento Preventivo / Correctivo de unidades de bombeo • Reemplazo de cualquier tipo de repuesto y reparación de unidades de bombeo mecánico LUFKIN y no LUFKIN • Reparación de alojamiento de pernos de manivela (En cualquier tipo de unidad) • Automatización de pozos (AIB, PCP, IWC, VSD) • Analisis de pozos (Sistemas predictivos ) Curso de Bombeo Mecánico

Trabajos in situ • • • • • • • •

Montaje de cáncamos de izaje en viga balancín Montaje de cable de seguridad en viga balancín Montaje de cubrecorreas articulados Montaje de tambores de freno con traba de seguridad en todas las unidades de bombeo de cualquier tipo y marca Montaje de paneles frontales, laterales y posteriores Montaje de cercos perimetrales Montaje de plataformas de seguridad Montaje de escaleras de acceso con aro de seguridad




CONSIDERACIONES GENERALES DE BOMBEO MECÁNICO


Características de AIB - Costo: Moderado. - Costo operativo: Bajo. - Vida útil del AIB : 30 / 40 años o más. - Es necesario un buen diseño, operación y manejo. - Eficiencia: Intermedia. Importante optimizar el sistema. - Flexibilidad: Excelente. Se puede variar carrera, GPM, diámetro del pistón. - Fácilmente operable - Operación en profundidades hasta 3200mts. Curso de Bombeo Mecánico

Eficiencia del sistema HP del vástago = 11.7 HP

Potencia del motor = 14.8 HP Potencia entregada = 13 HP

217 BPD (34.5 m3/d) a 5000 ft (1524 m)

Pérdida de Motor = 1.8 HP Pérdida en el AIB = 1.3 HP

Eficiencia del sistema = 8.4 / 14.8 = 56.5%

Potencia de las varillas= 3.3 HP

C-320-246-86, Bomba 1.5” Sarta 76, 10.5 GPM HP de la bomba = 8.4 HP Curso de Bombeo Mecánico

Ventajas - Puede trabajar con presiones de entrada a la bomba cercanas a 0 ( 10 – 50 psi). - Utilizado con motores eléctricos o motores a explosión. - Dinamómetros y medición de niveles. - Utilización en pozos desviados. Centralizadores.


COMPONENTES DE UNA INSTALACION DE BOMBEO MECÁNICO


Partes componentes Unidad de bombeo Tubing / Casing Varillas de bombeo Bomba de profundidad


Elementos componentes - Unidad de bombeo - Varillas - Bombas de profundidad


Bombas de profundidad


Partes componentes

- Barril - Pistón - Válvula de pie o fija ( standing valve ) - Válvula viajera ( travelling valve ) - Accesorios


Funcionamiento


Tipos de bombas Insertables API Con camisa integral de pared delgada RWA Anclaje superior ( Fig.1 ) RWB Anclaje Inferior( Fig.2 ) Con camisa integral de pared gruesa RHA Anclaje superior ( Fig.3 ) RHB Anclaje Inferior ( Fig.4 )

Tipo Tubing API TH ( Fig.5 )

( Fig.1 ) ( Fig.2 ) ( Fig.3 ) ( Fig.4 ) ( Fig.5 ) Curso de Bombeo Mecánico

Nomenclatura de bombas - Clasificación A.P.I

Ejemplo: 25 - 175 - RHBC - 12 - 4 - 4 Curso de Bombeo Mecánico

Criterio de selección 1 - Depósitos de arena: - Desgaste en válvula - Acumulación de arena entre barril y tubing - Desgaste del pistón y barril

2 - Pozos con gas 3 - Petróleo viscoso 4 - Incrustaciones de calcio 5 - Corrosión Curso de Bombeo Mecánico

Varillas de bombeo


Varillas de Bombeo Dos grandes grupos: 1. Aceros al Carbono-Manganeso : El manganeso tiende a hacer al acero menos quebradizo. 2. Aceros de Aleaciones: Estas aleaciones tienden a: – Aumentar la dureza, solidez y resistencia a la corrosión – Formar estructuras de grano fino. – Obtener mejores resultados en los tratamientos


Grados de varillas Grado “C”: Acero al carbono-manganeso recomendado para servicio mediano en pozos no corrosivos o fluidos pocos corrosivos. Grado “K”: Aleación de acero al níquel-molibdeno, recomendado para servicio mediano en pozos con fluidos corrosivos (CO2, H2S- Anhídrido carbónico y sulfhídrico). Grado “D” : Aleación de acero al cromo-molibdeno, recomendado para servicios pesados en pozos corrosivos o con fluidos poco corrosivos. El American Petroleum Institute clasificó: CARGA DE ROTURA DE LAS VARILLAS SEGÚN EL GRADO DE ACERO G ra d o

K g ./m m 2

L b ./p u lg 2

K C D

5 9 .7 /8 0 .8 6 3 .2 /8 0 .8 8 0 .8 /9 8 .4

8 5 0 0 0 /1 1 5 0 0 0 9 0 0 0 0 /1 1 5 0 0 0 1 1 5 0 0 0 /1 4 0 0 0 0


Grados de varillas (continuación) C: Cargas bajas y medianas D: Cargas altas y pozos no corrosivos MMD: Altas cargas y medianamente corrosivo K: Cargas altas y medianas en pozos corrosivos PLUS: Cargas muy altas y no corrosivos UHS: Cargas extremadamente altas Curso de Bombeo Mecánico

Cargas en varillas

Carga Max = (WR + FL ) * (1 + a) Carga Mín = (WRF) * (1 - a)

Donde: • WR = Peso de barras en el aire • WRF = Peso de las barras sumergidas • FL = Peso del fluido • a = Factor de aceleración

Tensión Máxima Tensión Mínima

Γ Max = Pmax / Secc Γ Min = Pmin / Secc


Esfuerzos - Fatiga • Proceso generado por la acción de cargas variables que se repiten en el tiempo • El material termina por romper a un valor de carga muy inferior al límite de su resistencia • Depende principalmente de la amplitud del ciclo de carga y de las repeticiones de este ciclo en el tiempo Curso de Bombeo Mecánico

Esfuerzos – Fatiga / Goodman Límite de Fatiga Wöhler estudió el tema fatiga, llegando a la conclusión que para un determinado valor de carga máxima, el material no rompía (Vida “infinita”) Este límite se consideró en 10 MM de ciclos, y la carga se denominó LIMITE DE FATIGA


Diagrama de Goodman • Indica el nivel de solicitación de una varilla de bombeo 7 • Considera vida útil > 10 ciclos de bombeo • Incluye el concepto de factor de servicio (SF) • La cárga máxima que soporta una varilla es inversamente proporcional al rango de cargas en que se ve sometido (principio de fatiga) • SPE 4068 / Norma API 11BR 89


API GRADE D Minimum Tensile Strength = 115000 psi

Diagrama de Goodman Modificado Establece la zona de trabajo permitida para varillas de bombeo.

Sadm

( Smáx − Smín ) Trot × 100 =( + 0.5625 × S min ) × Fs %Goodman = ( Sadm − Smín ) 4

Permite determinar el % de solicitación o carga a que trabajan las varillas Sadm: Máxima tensión admisible de trabajo (psi) Trot: UTS – Tensión de rotura (Varillas Grado D=115 ksi) Smin: Tensión mínima (dinamómetro) (psi) Smáx: Tensión máxima (dinamómetro) (psi) Fs: Factor de Servicio Curso de Bombeo Mecánico

Diseño de sartas de varillas Predominan dos criterios • Igualar tensiones – Las tensiones son iguales en todos los tramos (a excepción barras peso) – δ1 = δ2 = δ3 = …. δn

• Diseño a tensión máx admisible – Sarta liviana y económica – Alto estiramiento – δ1 = δ2 = δ3 = …. δn = δmax Curso de Bombeo Mecánico

Varillas API Sarta API 86 8/8 Bomba 1.5” - 26.8%, 27%, 46.2%

Grado API 7/8

C - 90,000 psi Tension min. K - 90,000 psi Tension min. D - 115,000 psi Tension min.

6/8

Tension de alta resistencia 140,000 psi Tension min. Curso de Bombeo Mecánico

Barras peso – Ventajas/Cualidades • Disminución de fallas por flexión sobre el cuerpo de varillas • Disminución de fallas de cuplas • Aumento de la eficiencia de la bomba • Aumento de la carrera efectiva del pistón. • Disminución del nivel de tensiones sobre las varillas que estarían trabajando a la compresión. • Disminución de la fricción entre tubing y varillas • Barras de 1.1/4” a 2” según API Spec 11BR


PRINCIPALES FALLAS EN VARILLAS


DOS FALLAS DE FATIGA

FATIGA O ESFUERZOS DE TENSIÓN

SOBRECARGA O DISEÑO DEFICIENTE

FATIGA POR CORROSIÓN

FATIGA POR DOBLADURA DE RADIO LARGO

FATIGA POR ESFUERZOS

FATIGA POR DOBLADURA DE RADIO CORTO

TORCEDURA “TIRABUZÓN” (CAIDA DE LA BARRA)

FRACTURA POR TENSIÓN DE FATIGA

GOLPE DE LLAVE O HTA. U OTRO ACERO

MISMO DAÑO EN LA ZONA DE RECALQUE

DESGASTE POR ROCE GOLPE DE MARTILLO PARA AFLOJAR LA CUPLA

INSUFICIENTE APRIETE

CARGA DE TENSIÓN

DESGASTE DEL CUERPO POR ABRASIÓN DESGASTE DE CORROSIÓN-ABRASIÓN

FALLA DE FATIGA POR CORROSIÓN (DEL EXTERIOR HACIA ADENTRO)

SOBREAPRETADO SOBRETORQUE

FALLA DE APRIETE EN MÁS O MENOS

INCRUSTACIONES (HERRUMBRES)

ENGRANADO DE ROSCAS

OXÍGENO DISUELTO EN EL AGUA SALADA

PICADURA POR SULFURO DE HIDRÓGENO

ATAQUE DE BACTERIAS

PICADURA POR DIÓXIDO DE CARBONO

ATAQUE DE ÁCIDOS

CORROSIÓN GALVÁNICA

Corrosión, desgaste, daños en varillas

ELECTROLISIS

ABRASIÓN


TIPOS DE UNIDADES GEOMETRIA DE LOS APARATOS DE BOMBEO


Convencional Clase I: Palanca de primer género

C


F

C-1280D-305-260

1700 BPD (1182

3 m /D)

Air Balanced Clase III: Geometría palanca de tercer género Tipo A: Balanceado a aire

F


C

Mark II Clase III: Palanca de tercer género

Tipo M ( Mark II)

F


C

M II 1824D-427-216” • H = 47 pies, 14.5mts • Profundidad = 7280 ft (2220 m) • Caudal = 1100 BPD 3 (175 m /día) • Bomba = 2 ¾” • Sarta 96 + Peso • Motor = 200 HP • Tubing telescopico Curso de Bombeo Mecánico

Primeras Unidades de Bombeo








Mark I – Año 1956


Mark II – Año 1957


Mark II – Año 1961


Mark II – Actualidad


Beam Balanced


Reverse Mark


Low Profile


Portable / Trailer Mount PU


DESIGNACIÓN DE LOS MODELOS DE UNIDADES DE BOMBEO


Estandarización de Unidades de bombeo en los comienzos de la decada del ‘60 Especificación API 11E


Tamaños estandares API Torque del reductor API X 1000

Carga estructural X 100

80

Longitud de la carrera API 48

114

143

54

160

173

64

228

200

74

320

213

86

456

246

100

640

256

120

912

305

144

1280

365

168

1824

427

192

2560

470

216


240

M - 640D - 305 - 168" Tipo de Unidad de Bombeo *

Longitud de Carrera Máxima ( Pulgadas )

Capacidad Max. Torque del Reductor ( x1000 Lbspulg. )

Engranajes de Doble Reducción

Capacidad Maxima de Carga de la Estructura / Vastago Pulido ( x100 Lbs)

Tipos de Unidades de Bombeo A= B= C= CM

Air Balanced M = Mark II Unitorque Beam Balanced LP = Low Profile Convencional RM = Reverse Mark = Conv. ( portable )


Parametros API Torque máximo: Es el torque con que se puede hacer funcionar el reductor sin peligro de rotura del mismo. Carga estructural: Es la carga máxima que la unidad puede soportar ( cabeza de mula ) Carrera máxima: es la máxima carrera a obtener en el vástago pulido


C-912D-365-168

168”

912,000 in-lbs. 36500 lbs.

Cargas Ocasionadas por : - las masas de varillas, - fluidos - fuerzas de roce y aceleraciones. Son soportadas por la estructura del AIB


Comparación esfuerzos Torque: esta directamente relacionado con la caja reductora Carga Máxima: directamente relacionado con la estructura. El exceso de torque daña la caja reductora y no necesariamente a la estructura, El exceso de carga lo hace exclusivamente con la estructura Curso de Bombeo Mecánico

Datos API en las unidades





Torque El torque: Fuerza por distancia La distancia es el brazo de palanca o sea la distancia del centro del eje de salida del reductor al centro del perno de biela por la fuerza ejecutante


Fuerza

Distancia

Torque (continuación) Caja reductora: • Convierte un movimiento de muchas revoluciones y bajo torque en otro de bajas revoluciones y alto torque. • Relación de transmisión aproximada 30 a 1 • El torque resultante es la diferencia entre el torque producido por la carga y el producido por los contrapesos


Por que contrapesar la unidad?


Balance de cargas A

A

150 lbs. 150 lbs. Carrera ascendente Curso de Bombeo Mecánico

Balance de cargas (continuación) A

A

50 lbs 50 lbs Carrera descendente Curso de Bombeo Mecánico


A

100 lbs.

50 lbs.

150 lbs. Carrera ascendente Curso de Bombeo Mecánico


A

100 lbs.

50 lbs.

50 lbs. Carrera descendente Curso de Bombeo Mecánico

Comienzos del contrabalanceo


Solución a los problemas • Patentado por W.C. Trout en 1926


Carrera ascendente

Peso varillas en el aire (Wr) + peso fluído + factor aceleración

Carrera descendente

Peso varillas sumergidas – Factor aceleración

CBE = (Carga Max + Carga Min) / 2 o 1,06 (Wrf + ½ Fo ).

CONTRAPESADO Un correcto contrapesado debe otorgar el valor mínimo de torque Objetivo de los contrapesos: Lograr que el motor realice el mismo esfuerzo tanto en la carrera ascendente como en la descendente, y tender a uniformar los esfuerzos en todo el sistema Los sistemas de contrapesos dependen de los sistemas: - regulable en la viga del equipo; - regulable sobre la manivela y - con cilindro con aire comprimido Curso de Bombeo Mecánico

Torque del pozo


Torque del pozo 1500000

1000000

Debido al peso de las varillas y del fluído

Torque, in-lbs

500000

0 0

30

60

90

120

150

180

210

-500000

Debido al peso de las varillas -1000000 Angulo de la manivela

240

270

300

330

360

Torque del contrapeso

Sin carga


1500000

1000000

Torque, in-lbs

500000

0 0

30

60

90

120

150

180

210

-500000

-1000000

-1500000 Angulo de la maniv e la

240

270

300

330

360

Torque de los contrapesos y del pozo

Torque del pozo y de los contrapesos 1500000

1000000

Torque del pozo Torque, in-lbs

500000

0 0

-500000

30

60

90

120

150

180

210


-1000000

-1500000 Angulo de la manivela

240

270

300

330

360



Torque, in-lbs

500000

0 0

-500000

-1000000

30

60

90

120

150

180

210

Torque del reductor



240

270

300

330

360

Torque del reductor

400000

320,000 in-lb 300000

Torque, in-lb

200000

100000

0 0

30

60

90

120

150

180

210

-100000

-200000


240

270

300

330

360


1500000

Torque del contrapeso máximo 1,040,000 in-lbs.

1000000

Torque, in-lbs

500000

0 0

30

60

90

120

150

180

210

-500000

-1000000

-1500000 Angulo de la maniv e la

240

270

300

330

360


1500000

Torque, in-lbs

1000000

500000

0 0

30

60

90

120

150

180

210

-500000

-1000000


240

270

300

330

360

Torque del reductor Desbalanceado 500000 400000

320,000

Torque, in-lb

300000 200000 100000 0 0

30

60

90

120

150

180

210

-100000 -200000 -300000 Angulo de la manivela

240

270

300

330

360

Tablas de efecto de contrapesado


Necesita 18,000 lbs. CBE?

Vida del reductor 30

25

Vida en años

20

15

10

5

0 100.0%

105.0%

110.0%

115.0%

120.0%

Porcentaje de sobrecarga

125.0%

130.0%

Contrabalanceado Conceptos Avanzados


INTRODUCCION Fp

D = C * sen b

b

C

P

K

Wb W a

A

R θ

Wn

R * sen a

Wc


Las condiciones de carga en un pozo son: Carga Max = (Pbb + Pf ) * (1 + a) Carga Mín = (Pbbs) * (1 - a)

Rango de Carga: RC = Cmax.- Cmín.

Torque Teórico = RC * S / 4 (formula Mills) Torque Real = (C. Máx. – CB ) * S / 2 Torque Real = (CB – C. Mín.) * S / 2

ó

Pbb o WR = Peso de la sarta de varillas en el aire (Kgrs. ó Libras)

Pf o WRf = Peso de fluido a elevar entre tubing y sarta de varillas (Kgrs. ó Libras)

a = Factor de aceleración a = f (Carrera, S, GPM al cuadrado)

CB = Efecto de contrapesado o Contrabalanceo (Kgrs. ó Libras)

% Uso = T máx Real/ T. Max. Fabricante ó % Uso = C. Max. Real / Capacidad Fabrican

API 11 E (rev 1994)


API 11 E

Conceptos Torque neto

TN = TF x (C – SU) – TC x SENO (q-T)

En donde: TN: Es el torque neto que recibe la caja reductora del equipo de bombeo, en Libras por pulgada. TF: Es el factor de torque, en pulgadas. C: Es la carga en el vástago pulido, en libras. SU: Es el desbalanceo estructural del aparato de bombeo, en libras. TC: Es el máximo torque de los contrapesos, en Libras por pulgada. q: Es el ángulo de giro de las manivelas, en grados. T: Es el ángulo de desfasaje de las manivelas, en grados. Para equipos convencionales es cero.

Factor de torque

TF = A x R / C x Seno a / Seno b

En donde: TF: Es el factor de torque, en pulgadas. A: Es la distancia entre el cojinete de cola y la cabeza de mula del aparato de bombeo, en pulgadas. R: Es la distancia entre el perno de biela y el eje de baja velocidad de la caja reductora del equipo de bombeo, en libras. C: Es la distancia entre el cojinete de cola y el cojinete del ecualizador del aparato de bombeo, en libras. a: Es el ángulo medido entre la manivela y la biela del equipo de bombeo, en grados. b: Es el ángulo medido entre la viga balancín y la biela del equipo de bombeo, en grados.

Norma API 11E rev 94 Curso de Bombeo Mecánico

TORQUE IDEAL • Pico Torque neto Upstroke = Pico Torque neto Downstroke • Variable a ajustar: Contrapesos – Torque contrapeso ideal: Posición sale de tabla – Efecto de contrapeso: Posición obtenida mediante dyna (ensayo CBE)


TABLAS DE CONTRAPESADO


Cargas Permisibles El diagrama de cargas permisibles muestra el límite de torque representado en cargas en la carta de superficie, mostrando: • Detectar si la caja reductora está sobrecargada en torque • Indicar en qué porción de la carta se produce el sobretorque, si este ocurre • Corroborar si el análisis de torque de 15° no excluye ningún pico de carga Curso de Bombeo Mecánico

Cargas Permisibles – SPE 5149


CONSIERACION DE INERCIA • SPE5149, Dr Sam Gibbs (1975) – Efectos de inercia producto de contrapesos, caja y motor pueden introducir errores altos especialmente en motores de alto resvalamiento – Debe minimizarse la inercia usando motores y AIB bien dimensionados – Es necesario computar torque en forma más precisa que cada 15° – La inercia de las articulaciones incrementan el torque neto en la caja. Es conveniente usar AIB de estructura ligera


CONSIERACION DE INERCIA • SPE12201, J. Svinos (1983) – Analiza los efectos cinemáticos en AIB – Efectos de torque diferencial respecto al sentido de giro – Analisis cinemático del torque para obtener el AIB ideal para el pozo que cumpla con: • Baja aceleración de la carrera ascendente • Bajo Factor de Torque • Alta carrera para mejorar el llenado de bomba


CONSIERACION DE INERCIA

C-320-256-100 ● Fabricante “A”, ○ Fabricante “B” Curso de Bombeo Mecánico

Indice de Eficiencia Torcional (ITE) ITE = TM / TP x 100 Es la relación entre el torque promedio en la caja reductora del aparato de bombeo en un ciclo y el máximo torque encontrado. De alguna manera califique los diferentes equipos ITE < 30% inadecuado ITE ≈ 30% bueno ITE > 30% muy bueno ITE > 40% excelente


Factor de Carga Cíclica CLF = √(∑ I + I + ...I n 2 2

2 n

/∑i I + I + ...I n

Corriente eficaz 1 2 n Corriente promedio

TORQUE

2 1

2 i)

CLF = 1.25

Carrera ascendente

Carrera descendente


Potencia Motor PMHP = PRHP x CLF / UE Donde • PMHP = Mínima Potencia requerida al Motor • PRHP = Potencia barra pulida (función de área carta y SPM) • CLF = Factor Carga Cíclica • UE = Eficiencia Unidad ≈ 0,93 Curso de Bombeo Mecánico

Potencia en carta (superf o fondo) A [ ft − lbs ] × SPM PP ( HP ) = 33000 ft − lbs / hp − min Donde • PP = Potencia mecánica promedio en HP • A = Area de la carta (superficie o fondo) • SPM = Velocidad de bombeo en ciclos por minuto Curso de Bombeo Mecánico

Velocidad Motor RPM (sincrónica) = Hz . 120 / N Donde • RPM = Revoluciones x minuto motor • Hz = Frecuencia de red (50 o 60 Hz) • N = Número de polos motor Para motores Asincrónicos (Nema D por ejemplo) las RPM máx serán inferiores (5% aprox) a las sincrónicas de la red Curso de Bombeo Mecánico

Torque en motor Nema B


Torque en motor Nema D


Torque en motor alto deslizamiento


Diámetro de la polea del motor

d = ??

Relación = 30.12:1

D = 44”

Donde: d = R *D *GPM RPM

R = Relación de engranajes D = Diámetro de la polea GPM = Golpes por minuto RPM = Velocidad del motor

Que polea necesito si tenemos 8 GPM? Motor speed = 1170 RPM

d = ??

Gear Ratio = 30.12:1 D = 44”

d = R *D *GPM RPM

d = 30.12(44)(8) 1170 d = 9.06”

Elejir polea de 9”

DINAMOMETRIA Obtención de las cargas continuas en el vástago pulido durante el ciclo de bombeo Conocer el funcionamiento de la instalación( AIB, varillas y bomba ) y programar las medidas correctivas


Parámetros mas representativos • • • • • • • •

Torque aplicado al reductor del AIB Cargas máximas y mínimas sobre las varillas Caudal desplazado Llenado de la bomba Perdida en las válvulas( Viajera y fija) Nivel dinámico Esfuerzos en varillas Potencia requerida


DINAMOMETRO Es un equipo que mide fuerzas, se lo utiliza para registrar la carga y esfuerzo en el vástago y valorizar los parámetros característicos

Celda de carga Celda de carga Horseshoe Posicinador Celda de carga Clamp-on


SAM QUICK DYNO


DINAMOMETRO IDEAL

Carga (kgs ó lbs)

B

Carrera ascendente

Cierra la válvula móvil

C Abre la válvula móvil D

A Carrera descendente

Desplazamiento ( cm ó pulg.)


DINAMOMETRO REAL Carga ( kgs ó lbs)

Carrera del A.I.B.

0

Estiramiento

Peso del fluido

Carrera Efectiva Desplazamiento ( cm ó pulg.) Carrera Bruta Curso de Bombeo Mecánico

Análisis de carta de fondo F

l

S

S

le a k

S S

g a s @ Pa

S

l

S

t

g a s @ Pi

n

S vw

a te r

v o il

vw

a te r

vdead

g

+ s o lu t io n g a s

o il

N e t P u m p D is c h a rg e L iq u id V o lu m e

N e t S to c k T a n k L i q u i d V o l u m e


Ejemplos de cartas dinamométricas


Llenado completo Carga

(kgs ó lbs)

0 Desplazamiento ( cm ó pulg.) Curso de Bombeo Mecánico

Tubing sin anclar Carga

(kgs ó lbs)


Golpe de fluido Carga

(kgs ó lbs)


Golpe de bomba Carga

(kgs ó lbs)

0 Golpe de bomba

Desplazamiento (cm ó pulg.)


Interferencia de gas Carga

( kgs ó lbs)


Válvula viajera ó barril y pistón dañados

Carga

(kgs ó lbs)


Válvula fija dañada Carga

(kgs ó lbs)


- Fricción de fluido Carga

( kgs ó lbs)

0

Desplazamiento ( cm ó pulg.) Curso de Bombeo Mecánico

Pozo semisurgente o pesca de varillas Carga

( kgs ó lbs)

0

Desplazamiento ( cm ó pulg.) Curso de Bombeo Mecánico

Inercia Fluído Somero + Bomba grande

Cartas de fondo


Ejemplos de cartas dinamométricas y contrapesados de unidades de bombeo


Carta dinamométrica con diagrama de bomba lleno y bien contrapesado

Carta dinamométrica con diagrama de bomba lleno y mal contrapesado

Carta dinamométrica con diagrama de bomba con golpe de fluido y bien contrapesado

Carta dinamométrica con diagrama de bomba con golpe de fluido y mal contrapesado

Carta dinamométrica con diagrama de bomba con compresión de gas

Comparativa de curvas de torque de Unidades de Bombeo


Ejemplo determinación AIB AIB : ? ( M 640D-305-168” C 640D-305-168” A 640D-305-168” ) GPM : 8 Carrera: Máxima Bomba: 1.75” Sarta: API 76 Profundidad : 8500 pies (2590 m) Llenado completo Tubing: 2 7/8” PIP : 250 psi Curso de Bombeo Mecánico

Mark II

Convencional

Air Balanced

Características Técnicas de las unidades de bombeo


MATERIALES


NODULAR :

_ Rueda de engranajes.

GRIS :

_ Tambor de freno. _ Tapas de cajas de rodamientos. _ Cajas de rodamientos ( Temple y revenido ) _ Manivelas. _ Contrapesos. _ Carcazas. _Tapas de inspección.

FUNDICIÓN

ACEROS :

41L45H

LAMINADO:

_ Piñones intermedio y de alta. _ Eje intermedio y de alta.

4145H

LAMINADO:

_ Eje de baja. _ Perno de biela.

1020

LAMINADO:

_ Eje de poste maestro. _ Eje de travesaño igualador.

( con agregado de Plomo )

ESTRUCTURAS Acero estructural ASTM A36

_ Chapas _ Angulos _ Planchuelas _ Hierro redondo

Perfiles Doble "T" ASTM A36

_ Base

( Importados )

_ Viga Balancin _ Poste Maestro _ Travezaño Angular

ENSAYOS : Dureza en aceros y ruedas. Ultrasonido en ruedas, ejes y pernos. Ensayo de compresión por probeta de colada. Ensayo químico en fundición nodular.

Caja Reductora


VENTAJAS DEL ENGRANAJE DOBLE HELICOIDAL TIPO HERRINGBONE

- Homologación por AGMA – American Gear Manufacturing Association y especificación por API 11E - Economía de espacio y menor peso por sus dimensiones mas reducidas. - Se contrarrestan las cargas axiales. - Los rodamientos son simples, calculados para cargas radiales.


Engranaje doble Helicoidal Herringbone (continuación) - Menores dimensiones en las bancadas. - Mayor capacidad de transmisión de carga. - El diseño de geometría de diente, fabricado mediante el desarrollo de la envolvente, permite al proceso de fabricación absorver con discreta discrepancia las distancias entre centros, sin afectar la relación de engranaje.


Engranaje doble Helicoidal Herringbone (continuación) - Mayor cantidad de dientes en contacto por poder elegir en su diseño mayores ángulos de hélice Simple 15º a 25º Herringbone 20º a 45º - En trenes de engranajes donde solo se requiere transmisión de velocidad es aceptado el uso de engranaje simple helicoidal; donde la solicitación de carga asume un rol importante es necesario doble helicoidal.


MANTENIMIENTO


MANTENIMIENTO PREVENTIVO SEIS COMPONENTES CRITICOS: 1. Caja reductora 2. Pernos de biela 3. Cojinetes de centro y de cola 4. Alineación del estrobo 5. Bulones 6. Alineación de la polea


1. Caja Reductora


Inspección de caja reductora Verificación cada seis meses Roturas: carga de choque, condiciones de sobrecarga y fatiga


Inspección de caja reductora Verificación cada seis meses Roturas: carga de choque, condiciones de sobrecarga y fatiga Picaduras: correctiva y destructiva


Pitting severo

Inspección de caja reductora Verificación cada seis meses Roturas: carga de choque, condiciones de sobrecarga y fatiga Picaduras: correctiva y destructiva Desgaste: lubricación inadecuada, desgaste abrasivo


Inspección de caja reductora Verificación cada seis meses Roturas: carga de choque, condiciones de sobrecarga y fatiga Picaduras: correctiva y destructiva Desgaste: lubricación inadecuada, desgaste abrasivo Fluencia plástica (Deslizamiento)


Soportes de bancada

Buen diseño de soportes Curso de Bombeo Mecánico

Cojinetes Anti-friccion no soportan al eje adecuadamente

Estres Natural

Carga

LUFKIN

Otras marcas

2. Pernos de biela


Perno de biela


- Proteger el alojamiento con grasa

3. Cojinetes de centro y cola


Center Bearing

Equalizer Bearing

Crank Pins

Cojinete de cola - Convencional


Cojinete de centro - Convencional


Samson Post Bearing

Cross Yoke Bearing

Crank Pins

Cojinete de cola - Mark


Cojinete de centro - Mark


4. Alineación


Fundación


5. Bulones


Uniones estructurales


Uniones estructurales


6. Polea


Polea y correas • Verificación de la ranura V en las poleas, roturas, desgaste • Alineación • Correas rotas, desgastadas, agrietadas o deshilachadas • Tensado, correas flojas, tensado excesivo, correas nuevas


Lubricación y engrase


Aceite • • • • •

Alta calidad Inhibidores de herrumbre y oxidación Propiedades anti-espumantes Viscosidad AGMA Nº 5 Aditivos: no pueden actuar como agentes abrasivos • Nivel de aceite • Problemas: propiedades físicas, sedimentos, agua • Análisis cada un año en laboratorio Curso de Bombeo Mecánico

Sistema de lubricacion

Bujes de bronce

Tapa intermedia

Rodamientos Engranajes Herringbone

Lubricadores

Correcta lubricación

Lubricación Conductos de lubricación


Tapas de rodamientos


Lubricación de cojinetes estructurales


Fallas en los cojinetes Todos los cojinetes tienen una vida determinada Fallan por: • Falta de correcta lubricación • Sobrecarga • Desalineamiento • Fin de la vida útil


PLAN DE LUBRICACIÓN Tipo de Frecuencia Frecuencia Frecuencia Puntos de lubricación grasa y / o de cambio de de engrase aceite inspección aceite NLGI Nº 1 Cada 6 Cada 6 COJINETE CENTRAL AGMA Nº 7 * meses meses NLGI Nº 1 Cada 6 Cada 6 COJINETE POSTERIOR AGMA Nº 7 * meses meses Cada 6 Cada 6 COJINETE PERNO DE NLGI Nº 1 AGMA Nº 7 * meses meses BIELA AGMA Nº 5 C/ 6 meses EP De acuerdo 1 año: CAJA REDUCTORA (ISO a análisis análisis VG220) **

* Grasa de primera calidad a base de jabón de litio tipo NLGI Nº 1 con aditivo para alta presión y una viscosidad de aceite base equivalente a la Normal AGMA Nº 7 (414-506 cST A 40º C) Lubricante liviano de alta calidad apto para alta presión conforme a la norma AGMA Nº 5 EP (ISO VG220) (preferentemente tipo fosforoso sulfurado) con agentes antioxidantes y antiespumantes.

**


SEGURIDAD


Seguridad

Sin energía Instalación de la cabeza de mula Paneles y cubrecorreas Operaciones básicas


Sin energia – Desenergización total Aislar la fuente de energía


Sin energia – Desenergizacion total Aislar la fuente de energía Control de energía potencial

Traba de tambor de freno y cadena


Cabeza de mula


Asegurar su correcta instalación

Colocar aro de seguridad


Paneles y cubrecorreas


Asegurar su correcta instalación

NUNCA DEJE LA UNIDAD DE BOMBEO FUNCIONANDO O LISTA PARA FUNCIONAR SIN TODOS LOS EMENTOS INSTALADOS

Operaciones básicas


Nunca estacione enfrente de la unidad!

CONCLUSIONES PROGRAMA MANTENIMIENTO


MANTENIMIENTO PREVENTIVO Minimizar los Costos de la vida del AIB INSPECCION Y LUBRICACION REGULAR RECOMENDANDO UN CRONOGRAMA SEMESTRAL CORREGIR PROBLEMAS MENORES ANTES DE QUE SEAN GRANDES PROBLEMAS FRENOS, BULONES, JUNTAS, PERDIDAS, ETC. PREVENIR FALLAS ( GENERAN COSTO ADICIONAL) CARCAZAS, DAÑO ESTRUCTURAL, TIEMPO DE PARO, DAÑO COLATERAL ESTAR ATENTOS DE COSTOS OCULTOS DE LOS DAÑOS CATASTROFICOS MEDIO AMBIENTE, EQUIPO DE SUPERFICIE, EQUIPO DE FONDO Curso de Bombeo Mecánico

REPORTE DE INSPECCION


REPORT E M ANT ENIM IENT O PREVENT IVO E INSPECCION COMPAÑIA : LUFKIN ARGENTINA S.A. Area : Pozo : Neuquén - Argentina DESCRIPCION UNIDAD DE BOMBEO Y CAJA REDUCTORA MOTOR de ACCIONAMIENTO Marca : Tipo : Marca : Polea : N º Serie de Caja Reductora : N º Serie : HP : N º Serie de Estructura : RPM : Estado : ARTICULACIONES Polea Impulsora : ARTICULACIONES de CENTRO : Retenes : Rodamientos : Rodamiento Grasa : Línea de Lubricación : Retenes Lado Derecho : Retenes Lado Izquierdo : ARTICULACIONES de COLA : Retenes : Rodamientos : Juntas : Grasa : Línea de Lubricación : Nivel de Aceite : Condición de Aceite : PERNO de BIELA - Derecho : Retenes : Rodamientos : Cinta de Freno : PERNO de BIELA - Izquierdo : Dentados Retenes : Rodamientos :

Rodamientos & Retenes B : Bueno R : Regular M : Malo (Reemplazar) Contrabalanceo Lado derecho : Lado izquierdo : Balanceo - Herramienta : Contrapeso : CAJA REDUCTORA Lado : Izq.: Der.: Alta : Intermedio : Baja : Alta : Intermedio : Baja : Alta : Intermedio : Baja : Buena : Regular : Mala : OK : Bajo : Alto : OK : Regular : Malo : Cable de Freno : Traba seg : Piñón Veloz : Conjunto Intermedio : Eng. Baja Veloc. :

CONDICIONES DE OTROS ITEMS OK : Izquierda : Derecha : OK : Reparar : Falta : Alineación de la Unidad Escaleras Dist.B.Pozo : Hacia adelante : Hacia atrás : Reparar : Falta : Canasto guarda hombre OK : Izquierda : Derecha : OK : Regular : Reemplazar : Luz Biela-manivela Correas OK : Bajo Der. : Bajo Izq. : OK : Falta : Nivelación Bulones Estructura Bajo hacia adelante : Bajo hacia atrás : OK : Reg. : Pintar : Limpieza y Pintura de la Unidad Falta : Falta : Carrera : GPM : Cáncamos OK: Cable de seg. : OK: OK : Reparar : Falta : Condición : Cubrecorreas Fundación : Frontal : Lateral : Posterior : Dist. Boca de Pozo a Base : Dist. entre dados : Cerco de Seguridad OK : Falta : OK : Flojos : Cortados : Switch de Vibración Anclajes Nivel de Aceite : Marca : Modelo : Tanque de Aire Compresor Correas : Motor : Articulación Tk. de Aire Retenes : Rodamientos : Nivel de Aceite : Grasa : Línea de Lubricación : Derecha Max.: Int.: Mín.: Cónicos de Manivelas Cabeza de mula Alineación : Traba : Aro : Izquierda Max.: Int.: Mín.: Fecha :

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Inspeccionado por :................................................. Curso de Bombeo Mecánico

Revisado por :...............................................

Unidad de bombeo mecanico.pdf

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