Bombeio Mecânico Com Hastes

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Bombeio Mecanico

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  • FACULDADE CAPIXABA DE NOVA VENCIA TECNOLOGIA EM GESTO DE PETRLEO E GS NATURAL

    ANA PAULA POSSMOSER CLEIANE DOS SANTOS NERES DERLNIA PEREIRA PIMENTA

    HELOSA CARLA DA SILVA FONSECA FELIPE CSAR ALBERTO

    FERNANDO CSAR ALBERTO RAIR EBERT LEONEL WILYS SILVA LIMA

    MTODOS DE ELEVAO ARTIFICIAL: BOMBEIO MECNICO COM HASTES

    NOVA VENCIA 2011

  • ANA PAULA POSSMOSER CLEIANE DOS SANTOS NERES DERLNIA PEREIRA PIMENTA

    HELOSA CARLA DA SILVA FONSECA FELIPE CSAR ALBERTO

    FERNANDO CSAR ALBERTO RAIR EBERT LEONEL WILYS SILVA LIMA

    MTODOS DE ELEVAO ARTIFICIAL: BOMBEIO MECNICO COM HASTES

    Trabalho apresentado disciplina Projeto Integrador IV do Curso Superior em Tecnologia em Gesto de Petrleo e Gs Natural da Faculdade Capixaba de Nova Vencia, como requisito para obteno de nota na disciplina Projeto Integrador IV. Professor: Amaro Vicente Ribeiro de Souza

    NOVA VENCIA 2011

  • LISTA DE FIGURAS

    FIGURA 1 - SISTEMA DE BOMBEIO MECNICO............................................ 6 FIGURA 2 - CICLO DO BOMBEIO MECNICO................................................ 8 FIGURA 3 - TIPOS DE TRAVAS........................................................................ 9 FIGURA 4 - TIPOS DE PISTO......................................................................... 11 FIGURA 5 - BOMBEIO MECNICO COM HASTES.......................................... 14 FIGURA 6 - PARTES DE UM BOMBEIO MECNICO....................................... 15 FIGURA 7 - CLASSES DE UNIDADES DE BOMBEIO...................................... 17

  • SUMRIO

    1 INTRODUO ................................................................................. 4

    2 DESENVOLVIMENTO...................................................................... 5

    2.1 BOMBEIO MECNICO COM HASTES ............................................................. 5

    2.1.1 BOMBA DE SUBSUPERFCIE ............................................................................... 7

    2.1.1.1 TIPOS DE BOMBAS ......................................................................................... 9

    2.1.1.2 TIPOS DE PISTES ....................................................................................... 10

    2.1.2 COLUNA DE HASTES ....................................................................................... 11

    2.1.3 UNIDADE DE BOMBEIO .................................................................................... 14

    2.1.4 ACOMPANHAMENTO DO POO EM PRODUO .................................................. 18

    3 CONCLUSO ..................................................................................19

    4 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................20

  • 4

    1 INTRODUO

    O presente trabalho tem por objetivo aumentar o conhecimento sobre os mtodos de

    elevao artificial - que o fornecimento de energia adicional ao poo a fim de

    elevar os fluidos do reservatrio superfcie em casos de poos surgentes, que no

    possuem mais fora suficiente para elev-los por si s sendo abordado nesta

    pesquisa o mtodo chamado Bombeio Mecnico com Hastes, tambm conhecido

    como cavalo de pau, sendo este o mais utilizado no mundo quando em casos

    conforme dito acima, apresentando suas vantagens e desvantagens, principais

    componentes com imagens ilustrativas para melhor esclarecimento. Utilizando-se de

    livros e internet para a elaborao do mesmo e confeco de maquete reproduzindo

    da melhor forma possvel um Bombeio Mecnico, visando a melhor forma de

    transmitir aos demais alunos e professor o entendimento adquirido com a realizao

    do projeto.

  • 5

    2 DESENVOLVIMENTO

    2.1 BOMBEIO MECNICO COM HASTES

    Segundo Thomas (2001), neste mtodo o movimento rotativo de um motor eltrico

    ou de combusto interna transformado em movimento alternativo atravs de uma

    unidade de bombeio localizada prximo a cabea do poo. O movimento alternativo

    transmitido para o fundo do poo por uma coluna de hastes, este movimento

    aciona uma bomba localizada no fundo do poo, que eleva os fluidos produzidos

    pelo reservatrio at a superfcie.

    Thomas (2001), diz ainda que, este mtodo de elevao artificial o mais utilizado

    em todo o mundo. recomendado na elevao de fluidos de poos rasos de medias

    a pequenas vazes, baixas vazes so verificadas em poos de grandes

    profundidades com a utilizao deste mtodo. No recomendado em poos

    produtores de areia, poos com desvio e em poos onde parte do gs produzido

    passa pela bomba, pois apresenta problemas nos trs casos mencionados. No caso

    da areia h um desgaste mais rpido das partes mveis e a camisa da bomba, por

    conta da abrasividade da mesma. A ocorrncia da passagem do gs atravs da

    bomba reduz a eficincia em razes de volume da mesma, pode causar um

    bloqueio. Porm o efeito que o gs causa no bombeio mecnico desencadeia

    menores problemas que no bombeio centrfugo submerso ou no bombeio por

    cavidades progressivas. Se utilizado em poos desviados, o atrito entre a coluna de

    hastes e a coluna de produo elevado, ocasionando o aumento de cargas na

    haste polida, e o desgaste prematuro das hastes e da coluna de produo nos

    pontos onde h maior atrito.

    Thomas (2001, p. 241), diz que os principais componentes do bombeio mecnico

    com hastes so: bomba de subsuperfcie, coluna de hastes, unidade de bombeio e

    motor.

  • 6

    Figura 1: Sistema de Bombeio Mecnico Fonte: Rossi, 2003, p. 4 adaptado por Derlania Pereira Pimenta

  • 7

    2.1.1 BOMBA DE SUBSUPERFCIE

    Sua funo fornecer energia ao fluido vindo da formao, elevando-o para a superfcie. A transmisso de energia ao fluido ocorre sob a forma de aumento de presso. A bomba do tipo alternativo, de simples efeito, com as seguintes partes principais: camisa, pisto, vlvula de passeio e vlvula de p. (THOMAS, 2001 p. 242)

    Thomas (2001), afirma que, divide se em curso ascendente (upstroke) e curso

    descendente (downstroke). Curso ascendente: neste momento o peso do fluido no

    interior da coluna, faz com que a vlvula de passeio fique fechada. Uma baixa

    presso criada na camisa da bomba entre o pisto e a vlvula de p fazendo ela

    se abrir, dando passagem ao fluido localizado no anular para dentro da bomba. O

    fluido que est perto da cabea do poo vai para a linha de produo, e

    sequencialmente levado ao vaso separador. Curso descendente: a compresso

    dos fluidos que esto na camisa da bomba faz com que a vlvula de p se feche.

    Com o pisto ainda descendo, as presses acima e abaixo da vlvula de passeio

    ficam iguais e ela se abre, dando passagem ao fluido para cima do pisto.

    Retornando ao novo ciclo.

    De acordo com Thomas (2001), para cada profundidade da bomba e vazo

    desejada de fluido existe um determinado dimetro de pisto, sendo assim evita-se

    o esforo desnecessrio dos equipamentos de superfcie e das colunas de hastes.

    Numa mesma vazo se instalarmos um pisto com maior espessura acarretar em

    maiores cargas de fluidos nas hastes, de forma contrrio, com menor espessura do

    pisto a velocidade ser maior e com mais cargas dinmicas.

  • 8

    Figura 2: Ciclo do Bombeio Mecnico Fonte: Rossi, 2003, p. 6

  • 9

    2.1.1.1 TIPOS DE BOMBAS

    Rossi (2003, p. 6) fala que no Bombeio Mecnico so utilizados dois tipos de

    bombas:

    Tubulares: a camisa e a sapata da vlvula de p so descidas junto com a coluna de produo, enroscadas em sua extremidade inferior. O pisto e a vlvula de passeio so enroscados na extremidade da coluna de hastes. A vlvula de passeio pode ser descida junto com a coluna de produo ou com a coluna de hastes. Neste caso, o pisto deve estar equipado com um pescador (ROSSI, 2003, p. 6). Insertveis: todas as partes da bomba descem conectadas coluna de hastes. Neste caso, existe a necessidade de um mecanismo para prender a parte estacionria da bomba na coluna de produo. Existem dois tipos de travas: de fibra e de ao mecnica (ROSSI, 2003, p. 7).

    Segundo Rossi (2003), as bombas tubulares possuem as seguintes vantagens com

    relao s bombas insertveis: maior capacidade, maior simplicidade, mais

    adequada para fluidos viscosos. Porm a desvantagem a necessidade de retirar a

    coluna de produo para inspeo e substituio da camisa.

    Figura 3: Tipos de travas Fonte: Rossi, 2003, p. 8 e 9

  • 10

    Os principais fatores que influenciam na seleo da bomba a ser instalada em determinado poo so: Vazo desejada Profundidade de assentamento Dimenses da coluna de produo e do revestimento Caractersticas do fluido a ser bombeado (ROSSI, 2003, p.12).

    O deslocamento volumtrico de uma bomba pode ser determinado por: Dv = 2,36 x 10

    -2ApSp N onde: Dv = deslocamento volumtrico da bomba (m

    3/dia); Ap= rea do pisto (pol

    2); Sp = curso efetivo do pisto (pol); N = velocidade de bombeio (cpm). Considerando que a eficincia volumtrica da bomba sempre inferior a 1, a vazo de lquido a ser obtida na superfcie ser menor do que o deslocamento volumtrico. A diferena decorre do vazamento de lquido em volta do pisto no curso ascendente, da compressibilidade do fluido e do incompleto enchimento da camisa com lquido vindo do espao anular. Valores normais de eficincia volumtrica situam-se entre 0,7 e 0,8, porem so influenciados pela razo gs-lquido da formao, viscosidade do fluido, profundidade da bomba, etc (THOMAS, 2001 p. 243).

    2.1.1.2 TIPOS DE PISTES

    De acordo com Rossi (2003) no Bombeio Mecnico so utilizados trs tipos de

    pistes:

    Fibras: so mais baratos e desgastam menos a camisa da bomba, mas no

    podem ser descidos em grandes profundidades devido a temperatura

    juntamente com a presso sobre o pisto danifica os copos de fibra.

    Metlicos: maior resistncia ao desgaste e podem ser descidos em qualquer

    profundidade, so mais caros e sua utilizao generalizada na Petrobras.

    Ranhurados: tem como vantagem sobre o liso que as ranhuras

    proporcionam uma melhor lubrificao e acumulam slidos, o que evita um

    desgaste maior na camisa.

  • 11

    Figura 4: Tipos de Pisto Fonte: Rossi, 2003, p. 10

    2.1.2 COLUNA DE HASTES

    Rossi (2003, p.17) diz que a energia transmitida da superfcie para a bomba

    atravs de uma coluna de hastes.

    Thomas (2001), diz que os ambientes de operao em que as hastes esto

    inseridas podem ser abrasivos, corrosivos ou ambos. Pode haver cargas cclicas, j

    que o peso do fluido acima da bomba mantido pela coluna de hastes, quando

    ocorre o curso ascendente, j no curso descendente sustentado pela coluna de

    produo. Pelos esforos alternativos a coluna de hastes um ponto crtico do

    sistema.

    Segundo Thomas (2001), dentro da variedade de tipos de hastes existentes,

    podemos citar as de ao e as de fibra de vidro. As de ao so usadas com maior

    frequncia. Devido ao custo elevado das hastes de fibra de vidro, as mesmas so

    mais utilizadas quando o poo apresenta grande problema de corroso e elevadas

  • 12

    cargas. As hastes so classificadas mediante o dimetro nominal e da composio

    qumica (grau de ao) quanto se trata de hastes de ao. Em relao s de fibra de

    vidro so classificadas pelo dimetro nominar, temperatura permitida de trabalho e

    composio qumica das extremidades metlicas.

    Thomas (2001), diz ainda que em funo da localizao podemos nomear as hastes,

    a primeira haste que se localiza no topo da coluna a haste polida, que tem o

    objetivo de proporcionar uma melhor vedao na cabea do poo. Esta haste se

    mantm entrando e saindo do poo, por conta do movimento alternativo da coluna

    de hastes. O stuffing Box que veda a cabea do poo. A haste polida sofre a maior

    fora de trao, por sustentar as seguintes cargas:

    Peso das hastes (Ph): o peso da coluna de hastes medido no ar. Para uma determinada coluna, seu valor constante e positivo, atuando sempre de cima para baixo.

    Fora de empuxo (Fe): Esta fora igual ao peso do fluido deslocado pela coluna de hastes. O seu valor constante e negativo, atuando sempre de baixo para cima.

    Fora de acelerao (Fac): a fora responsvel pela variao da velocidade das hastes. A velocidade nula quando atinge o ponto mais alto e o ponto mais baixo do ciclo, consequentemente so os pontos onde ocorrem os valores mximos de acelerao.

    Fora de frico (Ff): Atua no sentido oposto ao do movimento e devida ao atrito das hastes com o fluido e com a coluna de produo. O seu valor varivel e diretamente proporcional velocidade das hastes.

    Peso do fluido (Pf): o peso da coluna de fluido que est acima do pisto. Atua somente no curso ascendente, quando todo o fluido que est na coluna de produo sustentado pela vlvula de passeio. (THOMAS, 2001 p. 244)

    Segundo Thomas (2001), a soma das cargas determina a carga (F) que medida

    pelo dinammetro. Frmula da carga:

    F = Ph + Fe + Fac + Ff + Pf

    De acordo com Thomas (2001), os resultados so variveis, mas sempre nulo ou

    positivo. Este valor expressa o que a unidade de bombeio esta solicitando.

    Segundo Assman (apud VIEIRA; ARANHA, 2009, p.51),

    Uma carta dinamomtrica nada mais do que um grfico representando os efeitos gerados pela carga atuante na bomba, durante um ciclo de bombeio.

  • 13 Existem dois tipos de cartas dinamomtrica: a carta de superfcie e a de fundo. As cargas so registradas na superfcie atravs de dinammetros e no fundo do poo atravs de dispositivos especiais ou atravs de modelos matemticos.

    Conforme Vieira; Aranha (2009) as cartas dinamomtricas so uma das principais

    ferramentas de anlise e avaliao das condies de um Bombeio Mecnico.

    De acordo com Assman (apud VIEIRA; ARANHA, 2009, p.51 e 52),

    As mais importantes informaes extradas de cartas dinamomtrica so: A determinao das cargas que atuam na unidade de bombeio e na

    haste polida; A determinao da potncia requerida para a unidade de bombeio; O ajuste do contrabalano da unidade de bombeio; A verificao das condies de bombeio da bomba e vlvulas; A deteco de condies de falha.

    Segundo Thomas (2001), esta carta registra tambm os testes das vlvulas de

    passeio e de p, onde pode ser observada a carga nestas vlvulas.

    Thomas (2001) diz ainda que, o movimento relativo entre o pisto e a camisa de

    bomba so responsveis pelo volume de fluido bombeado e este movimento recebe

    o nome de curso efetivo do pisto, que se difere do comprimento do curso da haste

    polida. O que gera esta diferena entre os cursos a elasticidade das colunas de

    haste e de produo, assim como o sobrecurso do pisto.

    De acordo com Thomas (2001), quando ocorre a transferncia da carga de fluido da

    vlvula de passeio para a de p, provoca deformaes elsticas cclicas tanto na

    coluna de hastes como na de produo, pelo fato destas irregularidades estarem

    defasadas de 180 o curso do pisto diminui-se da soma das elongaes das hastes

    e da coluna de produo. Assim sendo, o curso do pisto tende a aumentar devido a

    inrcia sucedida ao sobrecurso do pisto.

  • 14

    2.1.3 UNIDADE DE BOMBEIO

    A unidade de bombeio o equipamento que converte o movimento de rotao do motor em movimento alternativo das hastes. A escolha de uma unidade de bombeio para determinado poo deve levar em considerao o mximo torque, a mxima carga e o mximo curso de haste polida que iro ocorrer no poo. A unidade escolhida deve atender s trs solicitaes de forma a no sofrer danos quando da operao (THOMAS, 2001, p. 246).

    Figura 5: Bombeio Mecnico...

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