CURSO DE OPERACIONES
CON BOMBAS ELECTRO SUMERGIBLES
Ing Alberto Bidone Articial Lift Sales Technical Support Artificial Lift
Bombas Aplicaciones Generales Descripciรณn, capacidad, aplicaciones, nomenclatura.
Levantamiento Artificial El Bombeo ElectrocentrĂfugo es una de las mayores formas en levantamiento artificial. Schlumberger lidera la tecnologĂa aplicada a bombeo electrosumergible.
Aplicaciones de los Productos Schlumberger se especializa en el diseño , fabricación, aplicación, marketing, instalación, servicios y reparación de: Equipos electrosumergibles Cables de Potencia Sumergibles Sistemas de alimentación y control de equipos electrosumergibles
Diámetros de los Equipos
Schlumberger ofrece un rango de equipamiento para casing pequeños como 4.5”, con producciones bajas desde los 50 bpd (8 m3) a pozos con caudales arriba de 100,000 bpd (15900 m3) en 13 3/8" casing.
Equipos Especiales Dependiendo de las condiciones de aplicación, Schlumberger puede ofrecer sistemas de bombeo para temperaturas desde 50 hasta 450 F . Schlumberger también ofrece la mas extensa línea de equipos de bombeo resistentes a la abrasión más fiable en el mercado mundial.
Curva de la Bomba
Eficiencia
Altura
Rango Bomba
HP / Stg
Curva de Calentamiento Interior 67 STG JN21000,190°F INLET,50% OIL ,50%WTR
Discharge Temperature (°F)
250,0 Discharge Fluid Temp (°F)
240,0
230,0
220,0
210,0
200,0
190,0 0
5000
10000
15000
20000
25000
Flowrate (BPD)
30000
35000
Mรกxima Potencia Disponible (60 Hz)
60 Hz Maximum Horsepower
1,200 1,000 800 600 400 200 0
375
456
540
Motor Series
562
738
Rango de Temperaturas en Motores Los motores Schlumberger estĂĄn construĂdos en 3 rangos de temperaturas de fondo de pozo, incluso el HOTLINE para bombeo de vapor o bajos caudales:
Standart
250F
Intermediate
HOTLINE 300F
450F +
Bombas Electrosumergibles Rango de Operaciรณn Recomendado Definiciรณn, curvas, tipos de bombas ,etapas y aplicaciones.
Ubicaciรณn de la Bomba Bolt on head
Bomba
Intake y/o Separador de gas
Etapa de la Bomba
Etapa de la Bomba • La bomba centrífuga está formada por unidades denominada etapas.Cada etapa consiste de un impulsor y de un difusor. Difusor Flujo
Difusor de la etapa inferior
Flujo
Impulsor
Note la dirección del flujo.El impulsor envía a este afuera y el difusor lo redirecciona hacia arriba.
Etapa de la Bomba
Cada impulsor toma el fluído e imparte energía cinética, el difusor transforma la energía cinética en energía potencial
Etapa de la Bomba El impulsor está adherido al eje y gira con él.El difusor es estacionario dentro del housing de la bomba. Dependiendo del tipo de etapa,el impulsor tendrá alrededor de 7 a 9 álabes los cuales imprimen un movimiento suave al fluído y este se mueve desde la entrada u ojo del impulsor hasta el exterior del conducto.
Etapa de la Bomba Vista superior en corte de un impulsor mostrando un desarrollo típico de las paletas. Faldon
Dirección de la rotación
Cubo
Alabes
Eje Pasaje del fluído
Etapa de la Bomba • El difusor siempre tiene un número diferente de álabes comparado con el impulsor. Por qué? Para prevenir vibraciones!!!
Etapa de la Bomba Hay tres TIPOS de IMPULSORES que determinan la cantidad de flujo disponible para un diseño específico. La diferencia entre estos tres tipos de diseños es mostrado por los ángulos de los álabes del impulsor y el tamaño y forma de los pasajes internos del fluído.
Etapa de la Bomba Flujo radial (panqueque)
Francis Flujo mixto Flujo axial (propulsor)
Etapa de la Bomba Flujo radial (panqueque)
Flujo mixto
Flujo axial (propulsor)
Etapa de la Bomba En los IMPULSORES DE FLUJO RADIAL (llamados panqueques) ,el fluído es obligado a realizar cambios de dirección en forma abrupta y siguiendo ángulos agudos.El grado de cambio direccional es cercano a los 180°.Es este cambio de dirección lo que desarrolla la altura o “head” de la etapa. Los álabes forman ángulos cercanos a los 90° con el eje.
Etapa de la Bomba La energía cinética de un líquido en movimiento en un determinado punto en un sistema de bombeo tiene como expresión matemática , una fórmula desarrollada por Hazen-Williams quienes escribieron una de las más comunes para cañerías de acero lisas.
H = ( V² / 2 g) donde : H
altura de elevación, V
velocidad en la cañería , g
aceleración de la
gravedad ( 32.17 ft/sec/sec)
Una buena ingeniería recomienda que hay que tratar la velocidad en la cañería de succión a 3 ft / sec o menos y la velocidad en la descarga mayores que 11 ft /sec pueden causar flujo turbulento y/o erosión en el csg de la bomba
Etapa de la Bomba IMPULSOR DE FLUJO RADIAL
c1 w1 u2 c2
w2
C1=velocidad de entrada del fluído al impulsor U1= velocidad periférica W1=velocidad relativa
u1
Etapa de la Bomba IMPULSOR DE FLUJO RADIAL Cuando el fluído entra al álabe de la bomba adquiere una velocidad C1,compuesta por una velocidad periférica U1 y la relativa W1. Al salir del impulsor ,el fluído,tiene una velocidad relativa que ha disminuído a un valor W2 y la velocidad periférica que es proporcional al radio del impulsor,ha crecido hasta un valor U2;la resultante de estas dos velocidades es C2 mayor que C1 y esta energía es transformada en presión en el difusor.
Etapa de la Bomba IMPULSOR DE FLUJO RADIAL La ecuación que resume lo dicho anteriormente es: (P2 – P1) = [( c22 – c12 ) + ( u22 – u12 ) + (w22 – w12 ) ] γ / 2 g La ecuación anterior se puede expresar en términos de ALTURA ,si dividimos la diferencia de presiones por la gravedad específica del fluído: (H2 – H1) = (P2 – P1) / γ = = [( c22 – c12 ) + ( u22 – u12 ) + (w22 – w12 ) ] / 2 g
Etapa de la Bomba Las ETAPAS de FLUJO MIXTO presentan cambios direccionales mas suaves y el fluido puede viajar a traves de los impulsores y difusores con menor restricciĂłn. Debido a esto las etapas son adecuadas para manejar mayores volumenes de fluĂdo,pero no desarrollaran gran altura.
Etapa de la Bomba Un IMPULSOR DE FLUJO MIXTO tiene un álabe con un ángulo cercano a los 45° con respecto al eje de la bomba.
Etapa de la Bomba
• Las etapas de FLUJO AXIAL tienen un canal muy empinado para el pasaje del fluído,con una gran similitud al propulsor de un bote.Dichas etapas pueden manejar altos volúmenes de fluído pero desarrollan muy pequeña altura de elevación.
Etapa de la Bomba • Las etapas con impulsores del tipo FLUJO RADIAL pueden manejar aproximadamente 10% de gas libre .
• Por otro lado las etapas con impulsores del tipo FLUJO MIXTO manejan más del 20% de gas libre
Rango de Operación Recomendado Durante el proceso de dimensionar una bomba ,nosotros tratamos que el tamaño de esta se encuentre dentro del Rango
de Operación Recomendado ( ROR)
Qué y porqué es tan importante el ROR ?
Rango de OperaciĂłn Recomendado Nosotros estamos recomendando un ROR de 6000 BPD a 11000 BPD SN8500 60 Hz / 3500 RPM
REDA
Optimum Operating Range Nominal Housing Diameter Shaft Diameter Shaft Cross Sectional Area Minimum Casing Size
Rev. A
Pump Performance Curve 6000 - 11000 5.38 1.000 0.785 7.000
bpd inches inches in ² inches
538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr. 1.00
Shaft Brake Horsepower Limit Housing Burst Pressure Limit
Standard High Strength Standard Buttress Welded
375 Hp 600 Hp N/A psi 6000 psi 6000 psi
B.E.P. Q = 8810 H = 36.87 P = 3.18 E = 75.23
Feet 70
Hp Eff 17.50 70%
60
15.00 60%
50
12.50 50%
40
10.00 40%
30
7.50 30%
20
5.00 20%
10
2.50 10%
0
2,500
5,000
7,500
10,000
Capacity - Barrels per Day
12,500
15,000
Rango de Operación Recomendado Observando una Bomba Flotante debemos considerar primeramente que hace que el “EMPUJE” sea hacia arriba o abajo en el interior de la etapa. La mayoría de las personas ven en el rango de operación de la bomba, una definición de límites de empuje, donde la etapa está en downthrust (empuje hacia abajo) o en upthrust (empuje hacia arriba). Si la etapa se encuentra dentro de ROR se piensa que está balanceada sin someterse a empujes en cualquier dirección.
Rango de Operación Recomendado Gráficamente a usted le gustaría ver esto: SN8500 60 Hz / 3500 RPM
REDA
Optimum Operating Range Nominal Housing Diameter Shaft Diameter Shaft Cross Sectional Area Minimum Casing Size
Rev. A
Pump Performance Curve 6000 - 11000 5.38 1.000 0.785 7.000
bpd inches inches in ² inches
538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr. 1.00
Shaft Brake Horsepower Limit Housing Burst Pressure Limit
Standard High Strength Standard Buttress Welded
375 Hp 600 Hp N/A psi 6000 psi 6000 psi
B.E.P. Q = 8810 H = 36.87 P = 3.18 E = 75.23
Feet 70
Hp Eff 17.50 70%
60
15.00 60%
50
12.50 50%
Upthrust
40
10.00 40%
Balanced
30
7.50 30%
Downthrust
20
5.00 20%
10
2.50 10%
0
2,500
5,000
7,500
10,000
Capacity - Barrels per Day
12,500
15,000
Rango de Operaciรณn Recomendado
Esto es casi siempre errรณneo.
Rango de OperaciĂłn Recomendado Antes de preocuparnos demasiado por cuanto empuje tenemos ,nosotros necesitamos conocer QuĂŠ es el EMPUJE?.
Rango de Operación Recomendado Isaac Newton desarrolló una ley la cual dice que cualquier objeto,este en reposo o en movimiento,permanecerá en ese estado a menos que actue sobre el una fuerza externa. También ,el nuevo movimiento del objeto será determinado por la suma de todas las fuerzas actuando sobre el.
Empuje del Impulsor El Impulsor ,tiene tres fuerzas actuando sobre él en cualquier discusión de empujes y está relacionado con la etapa de la bomba: La suma de estas tres fuerzas es el empuje total.
Sección transversal de un Impulsor
Empuje del Impulsor Hay tres fuerzas que son :
La gravedad actuando sobre la masa flotante del impulsor
The Direction is:
Siempre hacia abajo
La fuerza neta resultante de la Tanto hacia abajo o presión diferencial en la etapa. cero(cero ocurre en flujo abierto amplio - no presión). La fuerza debida al Tanto hacia arriba o cero movimiento del fluído (cero ocurre en condiciones entrando a la etapa. de cierre o no circulación de fluído).
Empuje del Impulsor El Impulsor tiene una masa sobre la cual actĂşa la gravedad y empuja a aquel hacia la Tierra.
F=mA
F
donde A es la aceleraciĂłn de la gravedad
Empuje del Impulsor Pressure: La presión por el área es igual a la fuerza( F= PxA). Hay una fuerza hacia abajo y una fuerza hacia arriba.La fuerza hacia abajo es siempre mayor excepto cuando: The pump generates La bomba no genera presión (wide open flow)
Alta Presión
Un impulsor adiciona presión a el fluído de tal modo que la presión en la An impeller adds pressure toque the la fluid so parte superior es mayor thatpresión the pressure on theinferior. top side is greater en la parte than the pressure on the bottom side.
Baja Presión
Empuje del Impulsor Momentum: El fluído entrando por la zona inferior del impulsor es forzado a cambiar de dirección.Este cambio ejerce un momento que desarrolla una fuerza hacia arriba excepto cuando: No hay flujo ( en un cierre de pozo).
Dirección del flujo de fluído
Empuje del Impulsor Pressure: Las flechas hacia abajo representa un gran fuerza debida a la alta presiรณn.
+
=
La diferencia neta entre la dos fuerzas es el empuje hacia abajo debida a la presiรณn.
Empuje del Impulsor En general ,Impulsores de mayor diámetro desarrollarán mayores empujes hacia abajo que los impulsores de menor diámetro para el mismo rango de caudales. Por qué ?
Empuje del Impulsor Porque ellos tienen una área de superficie mayor sobre la cual la diferencia de presión pueda operar.
Ellos también tienen mayor masa.
Empuje del Impulsor Es posible de algún modo afectar el empuje hacia abajo causado por la presión ? Qué pasa si reducimos la presión en la parte superior del impulsor?
Empuje del Impulsor Pressure: Si nosotros pudieramos reducir la presiĂłn en la parte superior del Impulsor como se muestra,esto reducirĂa el empuje.
+
=
Empuje del Impulsor Cuando la etapa maneja fluidos abrasivos, el desgaste radial se ve muy acelerado, dependiendo de la calidad y cantidad de la arena o abrasivos presentes. Generalmente el desgaste radial se presenta combinado con el desgaste por abrasión de las arandelas de empuje y a veces hasta el desgaste de los faldones de los impulsores y difusores. En las etapas de flujo mixto se emplea una cámara de equilibrio, que consiste en un anillo de balance y agujeros de balance, para reducir el empuje hacia abajo (down-thrust) del impulsor, como se muestra en la siguiente figura: Caída de Presión
Baja Presión Hueco de Balance Anillo de Balance
Alta Presión
Fluído de Baja presión
Rango de Operación Recomendado Basado en esta discusión previa, hay una lógica al observar la curva de la siguiente manera: SN8500 60 Hz / 3500 RPM
REDA
Optimum Operating Range Nominal Housing Diameter Shaft Diameter Shaft Cross Sectional Area Minimum Casing Size
Rev. A
Pump Performance Curve 6000 - 11000 5.38 1.000 0.785 7.000
bpd inches inches in ² inches
538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr. 1.00
Shaft Brake Horsepower Limit Housing Burst Pressure Limit
Standard High Strength Standard Buttress Welded
375 Hp 600 Hp N/A psi 6000 psi 6000 psi
B.E.P. Q = 8810 H = 36.87 P = 3.18 E = 75.23
Feet 70
Hp Eff 17.50 70%
60
15.00 60%
50
12.50 50%
Upthrust
40
10.00 40%
30
7.50 30%
Downthrust
20
5.00 20%
10
2.50 10%
0
2,500
5,000
7,500
10,000
Capacity - Barrels per Day
Caudal en BPD
12,500
15,000
Rango de OperaciĂłn Recomendado Sin embargo no todas las etapas entraran en el upthrust. La mayorĂa de las bombas se diseĂąan para trabajar en la parte del downthrust del rango recomendado. Dependiendo de la etapa, esto puede ser viable de manejar de acuerdo al tipo de flujo de la misma.
Rango de OperaciĂłn Recomendado Si el diseĂąo de la etapa es de compresiĂłn, el empuje no es relevante para determinar el ROR.!
Tipos Básicos de Bombas Las bombas Schlumberger se fabrican de 3 tipos básicos: 1)Flotantes - Cada impulsor está libre para moverse hacia arriba y abajo sobre el eje. (Esto se llama flotar sobre el eje).
2) Compresión - Cada impulsor esta fijo al eje en forma rígida, para que no puedan moverse si no se realiza con el movimiento del eje . Todos los impulsores son comprimidos conjuntamente para formar un cuerpo rígido. 3) BFL - Las etapas superiores son compresoras y las inferiores son flotantes. Esto es principalmente para manejar el empuje sobre el cojinete del protector.
Tipos de Bombas Todo el empuje es recibido aqui
Todo el empuje es recibido aqui
Empuje de Impulsores Empuje cero aqui
Pump
Protector
Protector Thrust Bearing
Motor
Motor Thrust Bearing
Flotante Compresiรณn
BFL
Bombas “Flotantes” Por qué usar bombas “flotantes”?
Porqué Utilizar Bombas Flotantes? Un gran número de etapas pueden ser ensambladas sin tener en cuenta la capacidad de los cojinetes del protector. Estas etapas tienen buen perfomance en el manejo de abrasivos livianos, ya que no permiten depositarlos en el área productiva de la misma. Estas etapas tienen tolerancias de fabricación, mas amplios. Su ensamble en el pozo es mas fácil, ya que no requiere shimming.
Bombas Flotantes QuĂŠ necesitamos nosotros observar para utilizar etapas flotantes? 1) Puede haber lĂmites en los altos y bajos caudales.
2) Nosotros debemos siempre mirar el empuje del eje.
Empuje del Eje
Nosotros dijimos que los impulsores individualmente manejaran su propio empuje ,entonces por quĂŠ debemos preocuparnos por el empuje del eje?
Empuje del Eje El empuje total estรก conformado por dos componentes:
El empuje del impulsor y el empuje del eje.
Empuje del Eje : Bomba BFL En la bomba BFL, no estรก presente porque el eje es soportado en la bomba.
Empuje del Eje : Bomba de CompresiĂłn En la bomba de compresiĂłn,nosotros no podemos separar el empuje del eje y de los impulsores ,por estar ambos rĂgidamente acoplados juntos
Empuje del Eje : Bomba Flotante En una bomba flotante ,el impulsor puede moverse libremente en el eje y tiene sentido que el eje pueda también moverse dentro del impulsor. El extremo superior del eje está expuesto al fluído de descarga de la bomba ,el cual está a una presión más alta que en la admisión de la misma.La presión actuando en el extremo superior del eje de la bomba genera un empuje hacia abajo. El eje de la bomba también tiene una masa de tal modo que la gravedad empujará hacia abajo. ∴ EL EMPUJE DEL EJE ES SIEMPRE HACIA ABAJO NUNCA ARRIBA.
Empuje del Eje : Bomba Flotante Recordar que:
Fuerza = Presiรณn x Area
La fuerza debida a el peso del eje usualmente no es significativo de tal modo que lo ignoraremos por el momento.
Empuje del Eje : Bomba Flotante Fuerza = Presiรณn x Area
De tal modo que la presiรณn de descarga de la bomba multiplicada por la secciรณn transversal del eje nos darรก el empuje del eje?
NO!
Empuje del Eje : Bomba Flotante Miremos como es el ensamble entre bomba ,protector y motor.
Empuje sobre el Eje en Bombas Flotantes Se puede mostrar que todas las presiones se eliminan excepto aquella sobre el extremo del eje. Se puede mostrar también que independientemente de los varios diámetros,couplings,etc.que la fuerza neta sobre el eje puede ser calculada por:
Pd
Pi Entrada de fluído a la bomba
Pi
Fuerza = (Pd-Pi) *Axs Donde Axs = Sección transversal del extremo del eje. Pi = Presión de Entrada a la Bomba Pd = Presión de Descarga de la Bomba
Pi
Pi
Impulsores flotantes Desde que los impulsores flotantes son libres de moverse en el eje hacia arriba o abajo,lo único que lo detiene es su difusor superior o inferior.”La arandelas de desgaste” son provistas en toda superficie compañera o enfrentada entre el impulsor y el difusor para absorver el empuje generado.
Thrust Washers
Impulsores flotantes Las ĂĄreas azules muestran las arandelas "upthrust" entre el impulsor y el difusor superior.
Upthrust es absorvido aquĂ
Fuerza
Impulsores flotantes El área azul muestra el "downthrust" washers entre el impulsor y el difusor inferior. Observar que hay mayor área de downthrust que de upthrust. Esto es debido el downthrust generalmente un valor máximo más grande.Recordar que nosotros dijimos que muchas etapas nunca estarán en condición de upthrust. Fuerza Downthrust es absorvido aquí.
Impulsores flotantes Nosotros también dijimos que muchas etapas están diseñadas para operar en downthrust.Por qué es esto? La razón es que el impulsor provee un “sello” sobre el difusor inferior por presionar hacia abajo sobre las arandelas ( washers). Esto evita que los abrasivos generen pérdidas dentro de las áreas de los cojinetes y los fuerzan a moverse hacia arriba en la bomba.
El sello en estos lugares previene la presencia de abrasivos
Bombas de Compresión En una bomba de compresión, todos los impulsores son fijados rígidamente al eje, por lo cual se mueven conjuntamente con el eje hacia arriba y abajo. El impulsor normalmente es seteado hacia abajo sobre las arandelas de presión inferiores debido a la gravedad. Por lo cual el eje debe ser levantado con los shims en el coupling desde la última bomba ensamblada, para no permitir que los impulsores toquen los difusores. Esto es para que todo el empuje desarrollado por las bombas sea transmitido a través del eje hacia el cojinete del protector directamente.
Bombas de CompresiĂłn Cuando el impulsor se mueve hacia arriba o abajo,el eje se mueve con ĂŠl de tal modo que todo el empuje esta ahora en el eje. Este empuje del eje debe ser absorvido en algun lugar y esto es hecho en el cojinete de empuje del protector vĂa el eje del protector. El cojinete de empuje del protector puede manejar una carga mucho mayor que las arandelas de empuje individuales de la etapa.
Bombas de Compresión Pero por qué usar una bomba de compresión?
Porqué utilizar Bombas de Compresión? Algunas etapas generan mucho empuje para ser manejado por las arandelas de downthrust del impulsor. Algunos fluídos (propano líquido) no tienen la suficiente lubricación para las arandelas del down thrust de la etapa. Si abrasivos o corrosivos estan presentes, puede ser beneficioso para manejar el empuje en un área lubricada por el aceite del motor y no por los fluídos del pozo. Ocasionalmente en los pozos gaseosos, el volúmen de fluído cambia drásticamente dentro de la bomba y en el caso de la etapas flotantes pueden ser muy severos para las arandelas de fricción. Todos los empujes son finalmente manejados en el protector, solo debemos pensar en un cojinete de gran capacidad, por lo que el rango de la bomba puede extenderse en un area más grande incrementando su vida útil.
Bombas de Compresiรณn SHIMMING o SUPLEMENTACION
SHIMMING DE LAS BOMBAS
SHIMMING DE LAS BOMBAS
BOMBA
BASE CON BRIDA O RING
SHIM COUPLING ESPACIADOR
EJE
CABEZA BOMBA
Bombas "BFL" Por quĂŠ usar una bomba BFL ?
Bombas "BFL”(Bottom-Floater) BFL es un antiguo método para manejar el downthrust. La tecnología de los cojinetes del protector ha sido mejorada sustancialmente a través del tiempo,pero muchos años antes ,los protectores no podían manejar el empuje generado por muchas de las bombas existentes en ese momento. Como resultado de esto ,la construcción BFL fue desarrollada.
Bombas "BFL" En la BFL el 40% de los impulsores superiores son fijados al eje (bomba de compresiĂłn) y el eje NO es suplementado (shimmed) durante el armado de la bomba.Como resultado de esto,la secciĂłn superior de los impulsores gira sobre las arandelas de empuje de los difusores. Estas arandelas soportan todo el empuje de los impulsores fijos como tambiĂŠn el eje y el empuje del eje es igualmente distribuĂdo sobre las arandelas de empuje. El resto de las etapas son armadas como bomba flotante
Bombas "BFL"
Por qué no ir y fijar todos los impulsores a el eje? Porque la tolerancia del apilamiento haría de esta construcción una pesadilla. Si todas las etapas no fueran colocadas exactamente,una o alguna de las etapas manejarían todo el empuje hasta que arandelas de empuje fallaran y entonces el empuje se desplazaría un poco más abajo,etc.
Bombas "BFL"
Las bombas BFL estรกn siendo usadas con gran suceso en distintas partes del mundo.
HistĂŠresis Digamos para una bomba en particular que hay algun punto donde el impulsor pasa desde el downthrust al upthrust (o balanceado).Para el objeto de esta ilustraciĂłn trataremos al Impulsor en rojo y en downthrust y el Impulsor en azul y en upthrust
Downthrust
Upthrust
HistĂŠresis Si nosotros incrementamos el caudal desde izquierda a derecha ,la bomba cambiarĂa desde downthrust a upthrust en este punto. Altura en pies
Caudal - BPD
Histéresis Pero si nosotros disminuímos el caudal,el Impulsor no retornará al mismo punto.Este lo hará pero a un caudal menor. Altura en pies
Caudal - BPD
Histéresis De tal manera habrá una histéresis entre los puntos de upthrust y downthrust.Es una buena práctica tanto para arrancar un pozo cerrarlo totalmente o inclusive cerrarlo brevemente luego del arranque y entonces abrirlo para un flujo normal asegurándonos que el impulsor esté. en posición downthrust. Altura . en pies
Caudal - BPD
HistĂŠresis Sin embargo antes de cerrar un pozo,debemos ser precavidos que la bomba no desarrolle una excesiva ( peligrosa ) presiĂłn de descarga Altura en pies
Caudal - BPD
La razón para esta histéresis es que estamos cambiando el área efectiva de la upper y lower shrouds por cambio de la posición de el impulsor. Desde que el empuje proviene de la presión por el área,el cambio en el área cambia el empuje.
Downthrust area
Upthrust area
Nosotros perdemos eficiencia en la posición upthrust debido a la capacidad del fluído a recircular desde la alta a la baja presión por el área del canal de pasaje de aquél.Adicionalmente se pierde eficiencia si fluídos abrasivos causan erosión en el difusor.
Resumen Algunos factores determinaran el rango de operaciĂłn recomendado de las bombas. Mientras que el empuje es un factor, algunas veces no es considerado como tal. Una razĂłn para restringir el rango de operaciĂłn puede ser tratar de mantener la eficiencia de la bomba. Para operar fuera del rango, se requiere una bomba y un motor mas grande, para mover el mismo volĂşmen (con mayor potencia instalada).
Resumen Los rangos de operaciรณn de la bomba son testeados por el criterio API.
Curva de Perfomance de una Etapa Bomba DN2150 Head Feet
Head Ca pac
Serie 400 - 3500 RPM HP Motor Load
+10%
ity
Pump Only EFF
30
-10% 25
cy
75
60
i en
20 ly
Ef
fi c
+5%
On
15
mp
+8%
45
0.50
30
0.25
15
Pu
-5%
10 Pu
nly mp O
Load
-8%
5
0
0.75
500
1000
1500
2000
2500
Capacidad – Barriles por día
3000
3500
Curva API de Perfomance de una Etapa Límites
Límites
Donde es
Bombas Nuevas
Bombas Usadas
aplicable
+/- 5%
+/- 7.5%
En el ROR
HP consumidos
+/- 8%
+ 10%
En el ROR
Eficiencia de la
- 10%
no
En el punto de
Altura de Elevación
Bomba
Máxima eficiencia
Aplicaciones de Bombas Para todos los cálculos, ésta curva puede ser usada como punto de partida. La curva está basada sobre la perfomance promedio de bombas actualmente en producción. Todas las bombas Schlumberger son testeadas antes de ser enviadas al pozo. La perfomance de la bomba puede no ser exactamente igual a la curva de catálogo, sino que puede estar dentro de las tolerancias estandar aceptadas según normas API.
Resumen El rango recomendado de operación necesariamente del empuje sobre cojinete.
no
depende
El empuje sobre el impulsor es una combinación de gravedad, presión y velocidad. Las bombas son construídas en 3 tipos: compresíon, BFL y flotantes. El empuje es manejado en forma diferente para cada tipo de bomba. Los empujes de las bombas nunca pueden ser ignorados.
Aplicaciones de Bombas Las bombas Schlumberger son fabricadas en diferentes configuraciones. Muchas bombas (especialmente las diámetros pequeños), son fabricadas como “center tandem” (o CT). Otros tipos de bombas, son las "upper tandems" (UT), "lower tandems" (LT) y “simples" (S). La diferencia en la construcción no está en los tipos de etapas, sino depende de la utilidad de sus extremos.
Aplicaciones de Bombas Una bomba Simple tiene la admisión y la cabeza de descarga integrada a su cuerpo, por lo que otras bombas no pueden ser ensambladas a ella. Una bomba "center tandem" no tiene admisión o cabeza de descarga integrada. Puede ser acoplada otra bomba en la parte inferior o superior, una admisión y una cabeza de descarga.
Una bomba "upper tandem" tiene la descarga integrada a su cuerpo, no así la admisión. Puede ser acoplado otra bomba y/o una admisión en la parte inferior. Una bomba "lower tandem" tiene la admisión integrada a su cuerpo, pero no una descarga. Puede ser acoplada otra bomba y/o una descarga en la parte superior.
Bomba Simple Construída con cabeza de descarga Cuerpo principal
Admisión incorporada
Todas las bombas requieren de una admisión y una cabeza de descarga. Con una bomba simple, su costo puede ser mas bajo, pero seguramente creará problemas de inventario.
Upper Tandem Construída con cabeza de descarga
Bomba UT
Cuerpo principal
Sin admisión
Admisión Bomba LT
En una bomba upper tandem puede ser ensamblado otra bomba o una admisión.
Bomba UT
Lower Tandem No tiene cabeza de descarga Cuerpo principal
UT Bomba (CT)
LT Bomba
Contruida con admisiĂłn incluĂda LT Bomba La bomba lower tandem puede ser acoplada con otra en su parte superior o su cabeza de descarga.
Bolt-on Head
Center Tandem No tienen la descarga incluída
Bolt-on Head Bomba UT
Bomba CT
Cuerpo principal
No tienen admisión
Bomba CT Bomba CT
Las bombas center tandem pueden ensamblarse otra bomba abajo y/o arriba, la admisión y cabeza de descarga.
Bomba LT
Admisión
Center Tandem Con las bombas CT pueden intercambiarse fรกcilmente una admisiรณn estandar por un separador de gas o simplemente ser cambiada de posiciรณn de acuerdo a su estado mecรกnico.
Aplicaciones de Bombas Diferentes tipos de admisiรณn, separadores de gas, manejadores de gas, y cabezas de descarga, estรกn disponibles para muchas series de bombas. Estos elementos pueden ser acoplados en bombas de igual serie (400, 540, etc.), sin necesidad de adaptadores. Las mismas pueden ser utilizadas con series de distintos diรกmetros con adaptadores.
Aplicaciones de Bombas Las bombas "ARZ" o Abrasion Resistant - Zirconia utilizan bujes de circonio para soporte radial. Esto puede aumentar significativamente la vida Ăştil cuando se bombean fluidos severamente abrasivos.
Aplicaciones de Bombas Buje de Zirconio Cojinete Zirconio
Cojinete flexible de zirconio Anillo - Seguro
Bocin de Zirc.
O-ring Spacer
Aplicaciones de Bombas Los bujes ARZ son montados entre las etapas estandar de la bomba. Estos bujes son instalados a una distancia que varĂa de acuerdo al tipo de etapas ,pero es de 30 cm aproximadamente
Aplicaciones de Bombas Otra configuraciรณn de la bomba es la (Estabilizaciรณn Mejorada) .
"ES" o Enhanced Stabilization
Esta bomba usa bujes ARZ bushings en la
cabeza y la base pero no tiene etapas con bujes ARZ dentro de la bomba. Esto es excelente para bombear abrasivos no severos a bajo costo.
Aplicaciones de Bombas La tecnología utilizada en las bombas resistentes a la abrasión, están disponibles con bujes construídos bajo patente, en diversas opciones de metalúrgias y formas. Los materiales disponibles son : Zirconia, SiC (carburo de silicio), T (carburo de Tungsteno).
Aplicaciones de Bombas Las bombas resistentes a la abrasiรณn pueden ser configuradas de la siguiente manera:
Curvas de Performance de Bombas Estas curvas comunmente están disponibles en frecuencias de 50 Hz or 60 Hz para cada tipo de etapa. También están disponibles curvas multifrecuencia como referencia en el uso de los VSD.
60HZ SN8500 60 Hz / 3500 RPM
REDA
Pump Performance Curve
Optimum Operating Range 6000 - 11000 Nominal Housing Diameter 5.38 Shaft Diameter 1.000 Shaft Cross Sectional Area 0.785 Minimum Casing Size 7.000
Rev. A
bpd inches inches in² inches
538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr. 1.00
Shaft Brake Horsepower Limit Housing Burst Pressure Limit
Standard High Strength Standard Buttress Welded
Feet
375 Hp 600 Hp N/A psi 6000 psi 6000 psi
B.E.P. Q = 8810 H = 36.87 P = 3.18 E = 75.23
70
Hp Eff 17.50 70%
60
15.00 60%
50
12.50 50%
40
10.00 40%
30
7.50 30%
20
5.00 20%
10
2.50 10%
0
2,500
5,000
7,500
10,000
Capacity - Barrels per Day
12,500
15,000
50 HZ SN8500 50 Hz / 2917 RPM
REDA
Optimum Operating Range Nominal Housing Diameter Shaft Diameter Shaft Cross Sectional Area Minimum Casing Size
Rev. A
Pump Performance Curve
795 - 1457 13.67 2.54 5.07 17.78
m3/d cm cm cm² cm
538 Series - 1 Stage(s) - Sp. Gr. 1.00
Shaft Brake Horsepower Limit Housing Burst Pressure Limit
Meters
Standard High Strength Standard Buttress Welded
313 Hp 500 Hp N/A kPa 41370 kPa 41370 kPa
B.E.P. Q = 1167 H = 7.81 P = 1.84 E = 75.23
17.50
Hp Eff 7.00 70%
15.00
6.00 60%
12.50
5.00 50%
10.00
4.00 40%
7.50
3.00 30%
5.00
2.00 20%
2.50
1.00 10%
0
250
500
750
1,000
1,250
Capacity - Cubic Meters per Day
1,500
1,750
2,000
Schlumberger
SN8500
60 HZ / 3500 RPM
Optimum Operating Range
6,000
Nominal Housing Diameter
11,000 bpd
538 series - 1 Stage Shaft Brake Horsepower Limit: Standard
1.000 inches
Shaft Cross Sectional Area Minimum Casing Size
375 hp
High Strength 600 hp
5.38 inches
Shaft Diameter
SN8500
Pump Performance Curve
Housing Burst Pressure Limit:
0.7854 sq. inches 7.000 inches
Standard
5000 psi
Buttress
6000 psi 6000 psi
Welded
50 HZ / 2917 RPM Technical Data
Optimum Operating Range Nominal Housing Diameter
795
1475
m3/day
Shaft Brake Horsepower Limit: Standard
High Strength 500 Hp
13.67 cm
Shaft Diameter
2.54
Shaft Cross Sectional Area Minimum Casing Size
5.07 cm2
cm
17.78 cm
313 Hp
Housing Burst Pressure Limit:
Standard
34475 kPa
Buttress
41370 kPa
Welded
41370 kPa
Nomenclatura
Schlumberger fabrica 10 diferentes series de bombas, agrupadas en 9 tipos de grupos para varias medidas de casing y flujos.
Nomenclatura Los diseños son clasificados por series y definidos como: Tipo
Serie
Diámetro Exterior
A D G S H J M N N P
338 400 540 538 562 675 862 950 1000 1125
3.38" 4.00" 5.13" 5.38" 5.63" 6.75" 8.63" 9.50" 10.00" 11.25"
Mínimo Casing
4 1/2" 5 1/2" 6 5/8" 7" 7" 8 5/8" 10 3/4" 11 3/4" 11 3/4" 13 3/8"
Nomenclatura Las etapas son denominadas según el punto de mejor eficiencia en caudal y en barriles por día a 60 Hz. Por ejemplo una DN1750 es una bomba donde su mejor eficiencia se encuentra en los BPD. La letra "N" en la denominación de la bomba (DN1750 or D1400N) indíca que el impulsor es de Ni-Resist. Si la denominación no tiene la letra “ N “ el impulsor es de plástico. Por ejemplo, una A1200 es una bomba con impulsores de Rayton (plástico) donde su mejor eficiencia se encuentra a los 1200 BPD. La AN1200 es identicamente igual en perfomance, pero el impulsor es de Ni-Resist (metal). El difusor es de Ni-Resist en ambas bombas. EL Ni-Resist es una aleación de Niquel,Cobre,Cromo y Silicio;resistente a la corrosión similar a un SS 302/304
Nomenclatura Esta denominación es válida para las bombas series A, D, G, S, H y J Series. Las bombas M520, M675, N1050, N1500 y P2000 son todas de Ni-Resist . Adicionalmente estas bombas no están denominadas en "BPD“, sino que lo están en "GPM" (galones por minuto). Por ejemplo, en una M675 su punto de mejor eficiencia está a los 675 GPM (60 Hz).
Nomenclatura La razón de esta nomenclatura (GPM) es que éste tipo de bombas son utilizadas en producción de agua para recuperación secundaria o en producción de agua industrial, donde prefieren trabajar en GPM a BPD.
Nomenclatura Una bomba siempre está definida por un número de parte base, de acuerdo a su configuración y el agregado de letras en el número de parte, definirá específicamente cada tipo de bomba.
Nomenclatura Las configuraciones pueden ser: UT = Upper Tandem CT = Center Tandem LT = Lower Tandem FL = Tipo Flotante BFL = Tipo flotante inferior C = Tipo compresion CR = Tipo compresion ring No confundir el significado de CT con el tipo de compresiรณn".