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Bombeo Por Cavidad
Progresiva
INTEGRANTES:
HENRY ASENCIO
CRISTHIAN TIMANÁ
LOURDES MERCHAN
UNIVERSIDAD ESTATAL PENINSULA DE SANTA ELENA
FACULTAD CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA INGENIERÍA EN PETRÓLEO

INTRODUCCIÓN
Los métodos de Levantamiento Artificial minimizan los requerimientos de energía en la cara de la formación productora,
con el objetivo de maximizar el diferencial de presión a través del yacimiento y provocar de esta manera la mayor
afluencia de fluidos.
Los métodos de Levantamiento Artificial más comunes al comienzo de la industria petrolera eran: bombeo mecánico
convencional (BMC) para crudos pesados y levantamiento por gas (GL) para crudos medianos y livianos. Posteriormente
comienza la aplicación en campo, de métodos no convencionales, tales como el bombeo electro sumergible (BES) y el
bombeo por cavidades progresivas (BCP).
Las bombas de cavidades progresivas (BCP) representan un método de Levantamiento Artificial de crudos pesados,
medianos y livianos que ofrece una amplia versatilidad, alta eficiencia y bajo costo. La geometría simple de este tipo de
bombas constituidas principalmente por un rotor metálico y un estator elastomérico le confieren al sistema tales
ventajas.

OBJETIVOS
Objetivo General:
 Determinar conceptos y funcionamientos de las bombas de cavidad progresiva como un sistema
de levantamiento artificial.

Objetivos Específicos
 Establecer ventajas y desventajas del bombeo de cavidad progresiva
 Determinar los tipos de bombas que se utilizan en una operación por cavidades progresivas.

HISTORIA
La Bomba de Cavidades Progresivas fue inventada en 1932 por un Ingeniero Aeronáutico Francés llamado
René Moineau, desarrolló el concepto para una serie de bombas helicoidales. Una de ellas tomó el nombre
de Bombeo por Cavidades Progresivas (BCP) con el cual hoy es conocido.
En sus inicios, estas bombas fueron ampliamente utilizadas como bombas de superficie especialmente para
el bombeo de mezclas viscosas. En la actualidad, se utilizan también en pozos productores de crudos
medianos y livianos, especialmente con alto contenido de agua.
En 1979, algunos operadores de Canadá, donde existían yacimientos con petróleos viscosos, con alto
contenido de arena, y bajas gravedades API (crudos pesados), comenzaron a experimentar con Bombas de
Cavidades Progresivas. Muy pronto, las fábricas comenzaron con importantes avances en términos de
capacidad, presión y tipos de elastómeros.

CAVIDAD PROGRESIVA
El sistema de Bombeo por Cavidades Progresivas debe ser la primera opción a considerar en la
explotación de pozos productores de petróleo por su relativa baja inversión inicial; bajos
costos de transporte, instalación, operación y mantenimiento; bajo impacto visual, muy bajos
niveles de ruido y mínimos requerimientos de espacio físico tanto en el pozo como en almacén.
Las posibilidades de las bombas de ser utilizadas en pozos de crudos medianos y pesados; de
bajas a medianas tasas de producción; instalaciones relativamente profundas; en la producción
de crudos arenosos, parafínicos y muy viscosos; pozos verticales, inclinados, altamente
desviados y horizontales y pozos con alto contenido de agua, las constituyen en una alternativa
técnicamente apropiada para la evaluación del potencial de pozos o como optimización y
reducción de costos
APLICACIONES DEL BOMBEO POR

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA
Una bomba de cavidad progresiva consiste en una bomba de desplazamiento positivo,
engranada en forma espiral, cuyos componentes principales son: El rotor y el estator.
El rotor, que es la única parte movible de la bomba es una pieza de metal pulido de alta
resistencia, con forma de hélice simple o doble. El estator es una hélice doble o triple de
elastómero sintético con el mismo diámetro del rotor adherido permanentemente a un
tubo de acero. Este tubo se encuentra conectado a la tubería de producción. El crudo es
desplazado en forma continua entre los filamentos de tornillo del rotor y desplazado
axialmente mientras que el tornillo rota.

Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir manejar altos
volúmenes de gas, sólidos de suspensión y cortes de agua, así como también es ideal para
manejar crudos de mediano y bajo Grado API.
La bomba consta de dos hélices, una dentro de la otra; el estator con una hélice interna
doble y el rotor con una hélice externa simple, cuando el rotor se inserta dentro del
estator, se forman dos cadenas de cavidades progresivas bien delimitadas y aisladas. A
medida que el rotor gira, estas cavidades se desplazan a lo largo del eje de la bomba,
desde la admisión en el extremo inferior hasta la descarga en el extremo superior,
transportando, de este modo el fluido del pozo hasta la tubería de producción.

PRINCIPIOS BÁSICOS DE PRODUCCIÓN
Nivel estático, Nivel dinámico, Presión estática fluyente, Sumergencia, Índice de
productividad y Comportamiento de Afluencia.

El nivel de fluido que equilibra exactamente la presión de yacimiento cuando está abierto
el espacio anular (CHP = 0)(Tubería de revestimiento), se llama Nivel Estático (NE) y se
mide desde superficie

DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS
El Estator es un cilindro de acero (o Tubo) revestido internamente con un Elastómero sintético
(polímero de alto peso molecular) moldeado en forma de dos hélices adherido fuertemente a dicho
cilindro mediante un proceso y especial .
El Elastómero constituye el elemento más “delicado” de la Bomba de Cavidades Progresivas y de su
adecuada selección depende en una gran medida el éxito o fracaso de esta aplicación.
El Rotor. - El rotor está fabricado con acero de alta resistencia mecanizado con precisión y recubierto
con una capa de material altamente resistente a la abrasión. Se conecta a la sarta de cabillas
(bombas tipo Tubular) las cuales le transmiten el movimiento de rotación desde la superficie
(accionamiento o impulsor).

Otros equipos de subsuelo
Niple de Maniobra.- Su utilización es obligatoria. El movimiento excéntrico de la cabeza del rotor
junto con el acople de unión a la primera cabilla, describe un circulo de diámetro mayor que su
propio diámetro.
Niples “X”.- Con el fin de detectar agujeros o uniones defectuosas en la sarta de tubería, se
acostumbra realizar una prueba de presión durante la operación de bajada de la misma. Para
realizar esta prueba se puede instalar un niple de asiento X, sobre el estator de la bomba, en el
cual se asienta una válvula fija con pescante, la cual es fácil de recuperar luego de la prueba.

Equipos de Superficie
Los accionamientos de superficie para los sistemas de bombeo por cavidades progresivas han
evolucionado desde pequeñas unidades de velocidad fija hasta sofisticados sistemas protegidos
mecánica y eléctricamente y con capacidades de supervisión y control a distancia.
13

Cabezales de Rotación
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El cabezal de rotación, cumple con 4 funciones básicas:
• Soporte para las cargas axiales.
• Evitar o retardar el giro inverso de la sarta de cabillas.
• Aislar los fluidos del pozo del medio ambiente
Soporte para las cargas axiales. Las cargas axiales originadas por el peso de la sarta de cabillas
sumergida en el fluido del eductor y la producida por el diferencial de presión que levanta la bomba es
soportada a través de rodamientos cónicos ubicados en el cabezal de rotación.

Evitar o retardar el giro inverso de la sarta de cabillas. El giro inverso puede causar
múltiples inconvenientes tales como daños en la caja reductora del motorreductor o
motovariador (ya que la misma actúa como multiplicadora cuando son la cabillas las que
la hacen girar), daños en el motor eléctrico al actuar como generador y por último puede
causar el desenrosque de las cabillas, ya que son estas las que deben detener el sistema
motriz una vez que se ha liberado el torque de las mismas y la columna de fluido.
Aislar los fluidos del pozo del medio ambiente. Se evita el derrame de los fluidos de
producción al medio ambiente mediante un conjunto de sellos que aíslan el eje de
rotación del cabezal de producción (prensa - estopas).
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Motovariadores Mecánicos. En este sistema el acople entre motor y caja reductora no es
directo; en este caso se realiza a través de un conjunto “variador de velocidad” formado por
correas y poleas de diámetro variable, el cual cumple con la función de permitir el cambio
de velocidad de rotación sin requerir la parada del equipo ni el cambio de componentes.
Motorreductores. Generalmente en la práctica el rango de operación de las BCP es de 40 a
350 R.P
.M. Al girar los motores eléctricos a una velocidad nominal y fija de
aproximadamente 1800 R.P. .
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Características de las BCP
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Las características principales de las bombas de cavidades progresivas son su caudal (desplazamiento
volumétrico) y su altura de descarga (head). Caudal o desplazamiento. Es el volumen de fluido que la
bomba puede desplazar en determinado lapso de tiempo. Para estos equipos se expresa generalmente en
unidades de barriles de fluido por día o metros cúbicos por día a determinadas condiciones de velocidad
(r.p.m.).
El eje del estator y del Rotor, no son concéntricos; las distancia perpendicular entre ambos ejes paralelos
(una vez que el rotor se encuentre dentro del estator) se conoce como excentricidad de la bomba.

Factores que afectan al sistema
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Los factores que tienen mas efecto sobre la eficiencia volumétrica o desempeño de la bomba son la
velocidad de operación y la altura (head) requerida. Por otra parte, una característica que
intrínsecamente está asociada a la eficiencia de la bomba en cuanto a su desplazamiento y a su
capacidad para transportar los fluidos hasta la superficie es el grado de ajuste o “apriete” entre el
elastómero y el rotor, esto se conoce como interferencia.

Aplicación práctica
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A continuación se detallan los pasos a seguir para calcular y analizar las variables de diseño de
una instalación de bombeo por Cavidades Progresivas.
Es una guía simple y simplificada debido a las condiciones planteadas, las cuales podrían volverse
más complejas según el tipo de fluido, caudales, profundidad y tipo de pozo a ser producido. Los
pasos son los siguientes:
1. Datos del pozo.
2. Datos de la Bomba.
3. Calculo teórico del caudal.
4. Cálculo de presión sobre la bomba.

5. Calculo de la potencia consumida.
6. Cálculo de torques.
7.Cálculo de esfuerzos axiales.
Debido a la presión sobre la bomba.
Debido al peso de las varilla.
8. Cálculo de las tensiones combinadas.
9. Cálculo de estiramiento de la sarta de varillas
(Para este ejemplo, los cálculos fueron realizados habiendo elegido previamente
un modelo de bomba, teniendo en cuenta los requerimientos de caudal).
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La sección de cada cavidad generada es:
A = 4 * d * E A = 4 * 4 [cm] * 1 [cm] A = 16 [cm2]
La mínima longitud requerida por la bomba para crear un efecto de acción de bombeo es UN
PASO (un paso de estator), esta es entonces una bomba de una etapa. Cada longitud
adicional de paso da por resultado una etapa más.
El desplazamiento de la bomba, es el volumen producido por cada vuelta del rotor
(es función del área y de la long de la etapa)
V = A * Pe V = 16 [cm2] * 30 [cm] V = 480 [cm3] = 0.00048 [m3]
21

Calculo teórico del caudal.
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En tanto, el caudal es directamente proporcional al desplazamiento y a la velocidad de
rotación N.
Q = V * N = V * RPM RPM=1 / minQ = 0.00048 m3 * 1 / min * 60 min / h * 24 h / día Q =
0.6912 [m3 / día / RPM] * (ctte. Volumétrica C)
.

Cálculo de presión sobre la bomba (TDH).
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La presión total sobre la impulsión de la bomba esta dada por los siguientes términos:
a)- Pbdp: presión de boca de pozo.b)- P. fricción: perdida de carga por fricción entre tubing y varilla.c)- P. Nivel:
presión debido a la columna de líquido a elevar.
b)- Pbdp = 10 kg / cm2 b)- P Fricción = long. Tubing * factor de pérdida de carga
De la tabla 1 (Fricción loss. factor) para un caudal de 220 [m3 / d] y varilla de 1" dentro de tubing de 3 1/2":
Factor = 0.000107 [kg / cm2 / m * cp]
Si consideramos que para una viscosidad 1cp:
P. fricción = 900 [m] * 0.000107 [kg / cm2 / m * cp] * 1 [cp] P. fricción = 0.09 Kg / cm2 (*) Aproximadamente 0
(*) Para fluidos con alto % de agua, la pérdida de carga entre tubing y varillas es despreciable. Esta situación se ve
favorecida a su vez por el diámetro del tubing
c) - P.Nivel = columna de líquido (nivel dinámico) en [kg / cm2] P.Nivel = 1 nivel [m] *? [gr / cm3] / 10 P.Nivel = 750
m * 1.01 gr / cm3 / 10 = 75 [kg / cm2] Presión total = 10 + 75 = 85 [Kg / cm2]

Cálculo de potencia consumida.
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Potencia Hidráulica [HHP] = Caudal [m3 / d] * Presión [kg / cm2] * 0.0014 Potencial
consumida [HP] = HHP / ?
Donde ? es el rendimiento energético = [potencia teórica]/ [potencia suministrada].
Para el caso de bombas BCP se considera un rendimiento = 0.6 - 0.7.
En este caso en particular consideramos un ? = 0.6.
HHP = 225 [m3 / d] * 85 [kg / cm2] * 0.00 14 HHP =26.7 HP = 26.7 / 0.6 = 45 HP

Cálculo de torsión.
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Al transmitir la rotación al rotor desde superficie a través de las varillas de bombeo, la
potencia necesaria para elevar el fluido que genera una torsión resistiva la cual tiene la
siguiente expresión:
Torsión = K * HP / RPM ECU. 1
La componente total de torsión medida en boca de pozo tiene las siguientes componentes:
Torsión total: = Torsión Hidráulica + Torsión fricción + Torsión resistivo

CONCLUSIONES
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varias ventajas que aporta este sistema lo hace más confiable en la producción de
petróleos pesados. Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en el aporte de energía, ya
que del petróleo pesado se puede sacar más derivados.
Esta tecnología que ha demostrado ser una de las más eficientes en levantamiento
artificial, en la producción de petróleos con elevada viscosidad y en pozos de difícil
operación.
Utilizando este sistema se tendría una recuperación rentable de petróleos pesados. La
selección de cada uno de sus componentes lo hace más eficiente que los otros sistemas de
recuperación secundaria.

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