Ejercicio Fundamentos .docx

PROBLEMAS PRÁCTICOS -EDER TIBADUIZA Ejercicio Nº 1.- Caso baja viscosidad/Nomograma

Consideraciones: Desprecie el volumen de gas en el anular. Considere viscosidad muy baja (1 cps). Asuma tasa de gas en la bomba, despreciable (RGP/RGL muy bajas). Utilice ecuaciones para IP constante. Considere un factor de seguridad para el head de 20%. Calcular: 1.Tasa de producción (considere una sumergencia de 200 pies). 2. Presión/head en la bomba. 3.Seleccionar bomba. Velocidad de operación. 4. Diámetro de cabillas. Potencia en el eje. Torque. 5. Carga axial en el cabezal. Vida útil de los rodamientos. Seleccionar modelo de cabezal.

SOLUCIÓN 1. Cálculo de la tasa de producción. IP = Q / (Pws – Pwf) Pws = 0,373 lpc/pie x (3200 – 1000) pies = 821 Lpc (ESTATICO) Pwf = 0,370 lpc/pie x (3200 – 2645) pies = 205 Lpc (DINAMICO) IP = (100) BPD / (821 – 205) Lpc = 0,162 BPD /Lpc Qmáx = IP x Pws = 0,162 BDP/lpc x 821 lpc = 133 BPD La PWF y Q real, considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel dinámico a estas condiciones de operación sería: Nivel dinámico*: 3000 pies Pwf = 0,370 lpc/pie x (3200 –3000) pies = 74 lpc

Q = IP x (Pws – Pwf) = 0,162 BDP/lpc x (821 –74) lpc = 121 BPD.

2. Cálculo de la presión en la bomba. P1 = CHP + G1xND + G2xH ((Presión en el anular revestimiento– eductor)+ (Presión ejercida por la columna de gas en el anular)+( Gradiente del fluido y H es la altura alcanzada por el mismo)) P1= 0 + 0 + 0,370lpc/pie x (3200-3000)pies = 74 Lpc P2 = THP + G3xPB + DP-Fr (Presión de cabezal del pozo tubería+ Presión ejercida por los fluidos en el eductor+ Δpresión en el eductor por efecto de la viscosidad de los fluidos, la rugosidad interna del eductor y los acoples de la sarta de cabillas) P2= 100 lpc + (0,425x3200) lpc + 240 lpc= 1700 lpc ΔP = P2 – P1 (Presión de descarga de la bomba - Presión de admisión de la bomba) ΔP = 1700 – 74 lpc = 1626 lpc ΔP*= ΔP lpc x Fs = ΔP** Lpc Incluyendo el factor de seguridad ΔP= 1626 lpc x 1,2 = 1951,2 Lpc Head = 1626 lpc / 0,433 lpc/pie = 3755 pies x 1,2 = 4506 pies; Se trabajará con 1950 lpc ó 4500 pies (1372 mts).

3. Selección de la bomba y velocidad de operación. Como se trabajará con un head de 1370 mts se pueden revisar las bombas de la serie TP2000; que incluyen: 30TP2000; 80TP2000; 60TP2000; 120TP2000; 180TP2000 y 430 TP2000.

Bomba

Diámetro (pulg.)

B/D (100 r.p.m. y 0 head)

r.p.m. para 120 b/d y 1950 lpc

30TP2000

2-3/8

34

400

80TP2000

2-3/8

100

145

60TP2000

2-7/8

83

175

120TP2000

3-1/2

151

110

180TP2000

4

226

75

430TP2000

5

542

50

Esquema1. Tipos de bombas TP2000

Analizando el esquema, se determina que todas las bombas, excepto la 30TP2000, cumplen con el criterio de velocidad menor a 250 r.p.m. Las bombas 60, 80 y 120 TP2000 trabajarían a velocidades razonables y sus diámetros son de 2- 3/8”, 2-7/8” y 3-1/2” respectivamente, pero se evidencia que los modelos 60, 80 y 120 son los más apropiados debido a que los modelos 120, 180 y 430 pueden resultar innecesarios(costosos).

Analizando las características de las bombas preseleccionadas 60, 80 y 120, se observa que obtienen requerimientos de potencias en el eje de impulsor similares (60=5Kw o 6,7 Hp; 80 y 120=5,5Kw o7,3 Hp), por tanto, la velocidad o potencia no construyen restricciones para seleccionar alguno de los 3 modelos, el criterio de selección más apropiado es el diámetro del revestidor en donde se vaya a colocar, para esto se seleccionará la bomba 80TP2000, tiene conexión 2 3/8 y 2 7/8, pero se seleccionará la de 7/8. 4. Diámetro de cabillas, Potencia en el eje y Torque. En la gráfica se introducen head vs torque: Head: 1375 metros 5252𝑥𝐻𝑝

Torque:

𝑟𝑝𝑚

=

5252𝑥7,3 145

= 264,41 𝑙𝑏/𝑓𝑡

FIGURA 1. Nomograma para selección de las cabillas

Analizando la gráfica se evidencia que se podrían utilizar cabillas de 3 / 4”. Ya que la tubería es de 2-7/8” se podría elegir una sarta de cabillas (usada) de 7/8” grado “D” o ahusada de 3/ 4” y 7/8”.

5. Cálculo de carga axial en el cabezal, vida útil de los rodamientos y selección modelo de cabezal. Para calcular de la carga axial que deberán soportar los rodamientos del cabezal de rotación se utilizará la gráfica (Figura 2). En la gráfica se introducen la profundidad de bomba Vs diámetro de cabillas y Altura Vs diámetro de la bomba: Profundidad de bomba = 3200 pies Diámetro de cabillas elegidas = 7/8 “ Altura = 4500 pies Diámetro Bomba 2-3/8”

FIGURA 2. Nomograma para el cálculo de carga axial. Se obtiene de la introducción de datos lo siguiente: Fr = 3450 daN y Fh = 1000 daN. Carga axial = 4500 daN* 2.248 = 10.116 lbs= 4,58 Ton Con la carga axial y la velocidad de rotación se utilizan las curvas de los rodamientos de los cabezales de rotación y en función del cabezal elegido, se puede calcular el tiempo de vida. Seleccionando el cabezal de rotación modelo AV1-9-7/8” ver figura 3, con 4,6 Tn de carga axial y girando a 145 r.p.m., se determina una vida útil de 103.000 horas, es decir 11,75 años.

FIGURA 3. Curva L10 cabezales de 9000 lbs Suponiendo ahora un cabezal modelo VH-100(figura 4) con rodamientos de empuje estándar, se obtendría una duración de 750.000horas, es decir más de 85 años.

FIGURA 4. Curva L10 cabezal de 33.000 lbs