Una bomba sumergible (o subbomba, bomba sumergible eléctrica ( ESP )) es un dispositivo que tiene un motor sellado herméticamente acoplado al cuerpo de la bomba. Todo el conjunto se sumerge en el fluido a bombear. La principal ventaja de este tipo de bomba es que evita la cavitación de la bomba , un problema asociado con una gran diferencia de elevación entre la bomba y la superficie del fluido. Las bombas sumergibles empujan el fluido hacia la superficie, en lugar de las bombas de chorro, que crean un vacío y dependen de la presión atmosférica. Los sumergibles utilizan fluido presurizado de la superficie para impulsar un motor hidráulico en el fondo del pozo, en lugar de un motor eléctrico, y se utilizan en aplicaciones de petróleo pesado con agua caliente como fluido motor.
Historia
California. 1928 El ingeniero e inventor de sistemas de suministro de petróleo armenio Armais Arutunoff instaló con éxito la primera bomba de petróleo sumergible en un campo petrolífero. [1] En 1929, Pleuger Pumps (hoy Pleuger Industries) fue pionera en el diseño de la bomba de turbina sumergible, la precursora de la moderna bomba sumergible multietapa. [2]
Principio de funcionamiento
Las electrobombas sumergibles son bombas centrífugas multietapa que funcionan en posición vertical. Los líquidos, acelerados por el impulsor, pierden su energía cinética en el difusor, donde tiene lugar una conversión de energía cinética en energía de presión. Este es el principal mecanismo operativo de las bombas de flujo radial y mixto. En el HSP, el motor es un motor hidráulico en lugar de un motor eléctrico, y puede ser de ciclo cerrado (manteniendo el fluido de potencia separado del fluido producido) o de ciclo abierto (mezclando el fluido de potencia con el fluido producido en el fondo del pozo, con separación de la superficie). .
El eje de la bomba está conectado al separador de gas o al protector mediante un acoplamiento mecánico en la parte inferior de la bomba. Los fluidos ingresan a la bomba a través de una rejilla de entrada y son levantados por las etapas de la bomba. Otras partes incluyen los cojinetes radiales (casquillos) distribuidos a lo largo del eje, proporcionando soporte radial al eje de la bomba. Un cojinete de empuje opcional absorbe parte de las fuerzas axiales que surgen en la bomba, pero la mayoría de esas fuerzas son absorbidas por el cojinete de empuje del protector.
También hay bombas sumergibles de tipo tornillo, hay un tornillo de acero que se utiliza como elemento de trabajo en ellas. El tornillo permite que la bomba funcione en agua con un alto contenido de arena y otras impurezas mecánicas .
Aplicaciones
Las bombas sumergibles se encuentran en muchas aplicaciones. Las bombas de una etapa se utilizan para drenaje, bombeo de aguas residuales , bombeo industrial general y bombeo de lodos. También son populares entre los filtros de estanque. Las bombas sumergibles de etapas múltiples se bajan típicamente por un pozo y se usan más típicamente para extracción de agua (extracción) residencial, comercial, municipal e industrial , pozos de agua y pozos de petróleo .
Otros usos de las bombas sumergibles incluyen plantas de tratamiento de aguas residuales , manejo de agua de mar , extinción de incendios (ya que es un cable ignífugo ), perforación de pozos de agua y pozos profundos , plataformas de perforación en alta mar , elevadores artificiales , deshidratación de minas y sistemas de riego .
Las bombas en ubicaciones eléctricas peligrosas que se utilizan para líquidos combustibles o para agua que puede estar contaminada con líquidos combustibles deben estar diseñadas para no encender el líquido o los vapores.
Uso en pozos petroleros
Las bombas sumergibles se utilizan en la producción de petróleo para proporcionar una forma relativamente eficiente de "levantamiento artificial", capaz de operar en una amplia gama de caudales y profundidades. [3] [4] Al disminuir la presión en el fondo del pozo (al disminuir la presión de flujo del fondo del pozo o aumentar la extracción), se puede producir una cantidad significativamente mayor de petróleo del pozo en comparación con la producción natural. [ cita requerida ] Las bombas son típicamente accionadas eléctricamente, conocidas como Bombas Eléctricas Sumergibles (ESP) o si son accionadas hidráulicamente, conocidas como Bombas Hidráulicas Sumergibles (HSP). [ cita requerida ]
Los sistemas ESP constan tanto de componentes de superficie (alojados en la instalación de producción, por ejemplo, una plataforma petrolífera ) como de componentes subterráneos (que se encuentran en el pozo ). Los componentes de la superficie incluyen el controlador del motor (a menudo un controlador de velocidad variable), cables de superficie y transformadores. Los componentes del subsuelo se despliegan uniéndose al extremo del fondo del pozo de una sarta de tubería, mientras están en la superficie, y luego se bajan al pozo junto con la tubería.
Una fuente de corriente alterna de alto voltaje (3 a 5 kV) en la superficie impulsa el motor subterráneo. Hasta hace poco, la instalación de los ESP era costosa debido a la necesidad de un cable eléctrico que se extendiera desde la fuente hasta el motor. Este cable tenía que enrollarse alrededor de un tubo articulado y conectarse en cada unión. Los nuevos umbilicales de tubería en espiral permiten que tanto la tubería como el cable eléctrico se desplieguen con una sola unidad de tubería en espiral convencional. También se pueden incluir cables para sensores y datos de control.
Los componentes del subsuelo generalmente incluyen una parte de bomba y una parte de motor, con el motor en el fondo del pozo desde la bomba. El motor hace girar un eje que, a su vez, hace girar los impulsores de la bomba para elevar el fluido a través de la tubería de producción hasta la superficie. Estos componentes deben funcionar de manera confiable a altas temperaturas de hasta 300 ° F (149 ° C) y altas presiones de hasta 5,000 psi (34 MPa), desde pozos profundos de hasta 12,000 pies (3.7 km) de profundidad con altos requisitos de energía de hasta 1000 caballos de fuerza (750 kW). La bomba en sí es una unidad de varias etapas, y el número de etapas está determinado por los requisitos operativos. Cada etapa incluye un impulsor y un difusor. Cada impulsor está acoplado al eje giratorio y acelera el fluido desde cerca del eje radialmente hacia afuera. Luego, el fluido ingresa a un difusor no giratorio,que no está acoplado al eje y contiene paletas que dirigen el fluido de regreso hacia el eje. Las bombas vienen en diámetros de 90 mm (3,5 pulgadas) a 254 mm (10 pulgadas) y varían entre 1 metro (3 pies) y 8,7 metros (29 pies) de longitud. El motor utilizado para impulsar la bomba es típicamente un motor de inducción de jaula de ardilla trifásico, con una potencia nominal en la placa de identificación en el rango de 7,5 kW a 560 kW (a 60 Hz).[3]
Los conjuntos ESP también pueden incluir: sellos acoplados al eje entre el motor y la bomba; pantallas para rechazar arena; y separadores de fluidos en la entrada de la bomba que separan el gas, el aceite y el agua. [3] Los ESP tienen eficiencias dramáticamente más bajas con fracciones significativas de gas, más de aproximadamente el 10% del volumen en la entrada de la bomba, por lo que separar el gas del aceite antes de la bomba puede ser importante. Algunos ESP incluyen un separador de agua / aceite que permite volver a inyectar agua en el fondo del pozo. Como algunos pozos producen hasta un 90% de agua y el levantamiento de fluidos es un costo significativo, reinyectar el agua antes de levantarla a la superficie puede reducir el consumo de energía y mejorar la economía Dada la alta velocidad de rotación de los ESP de hasta 4000 rpm (67 Hz) y espacios reducidos, no son muy tolerantes a los sólidos, como la arena.
Hay al menos 15 marcas de ESP para campos petrolíferos que se utilizan en todo el mundo.
Cables
Los cables de bomba sumergible son conductores eléctricos diseñados para su uso en suelo húmedo o bajo el agua, con tipos especializados para las condiciones ambientales de la bomba. [5] [6] [7]
Un cable de bomba sumergible es un producto especializado que se utiliza para una bomba sumergible en un pozo profundo o en condiciones igualmente adversas. El cable necesario para este tipo de aplicación debe ser duradero y confiable, ya que la ubicación y el entorno de instalación pueden ser extremadamente restrictivos y hostiles. Como tal, el cable de bomba sumergible se puede utilizar tanto en agua dulce como salada. También es adecuado para enterramiento directo y dentro de moldes de pozos. El área de instalación de un cable de bomba sumergible es físicamente restrictiva. Los fabricantes de cables deben tener en cuenta estos factores para lograr el mayor grado posible de confiabilidad. El tamaño y la forma del cable de la bomba sumergible pueden variar según el uso, la preferencia y el instrumento de bombeo del instalador.Los cables de la bomba se fabrican en tipos de conductor único y múltiple y pueden ser planos o redondos en sección transversal; algunos tipos incluyen cables de control y conductores de potencia para el motor de la bomba. Los conductores a menudo están codificados por colores para su identificación y una cubierta de cable general también puede estar codificada por colores.
Los principales tipos de cable incluyen:
En el cable de 3 y 4 núcleos según la imagen de tipos de SPC del lado derecho que se muestra, se utiliza cobre liso / cobre estañado como conductor.
- Cable de PVC de 3 y 4 núcleos
- Cable plano
- Cable redondo
- Cable de caucho de 3 y 4 núcleos
- Cable plano
- Cable redondo
- Drincable plano
- Cable HO7RN-F
Ver también
- Bomba centrífuga
- Bomba eductor-jet
- Bomba de refuerzo
Referencias
- ^ "Una perspectiva histórica de la industria de bombas sumergibles eléctricas de yacimientos petrolíferos" . esppump.com . ESP pump.com. 17 de septiembre de 2012 . Consultado el 16 de noviembre de 2017 .
Con tres empleados, Arutunoff construyó e instaló el primer ESP en un pozo de petróleo en el campo El Dorado cerca de Burns, Kansas.
- ^ "Una breve historia de las bombas" . worldpumps.com . Elsevier Ltd. 23 de marzo de 2009 . Consultado el 16 de noviembre de 2017 .
1929: Pleuger es pionero en el motor de bomba de turbina sumergible.
- ^ a b c Lyons (ed), Manual estándar de ingeniería de petróleo y gas natural , p. 662
- ^ Otras formas de levantamiento artificial incluyen levantamiento de gas , bombeo de haz , levantamiento de émbolo y bomba de cavidad progresiva .
- ^ "Cable de bomba sumergible", The Pump Book , págs. 67-74, ISBN 978-0-615-18509-5
- ^ Ray C. Mullin, Phil Simmons (2011), "Cable de bomba sumergible", cableado eléctrico residencial , págs. 423-424, ISBN 978-1-4354-9826-6
- ^ Robert J. Alonzo (19 de enero de 2010). Códigos eléctricos, normas, prácticas recomendadas y reglamentaciones: un examen de las consideraciones de seguridad relevantes . Elsevier. págs. 317–. ISBN 978-0-8155-2045-0. Consultado el 16 de noviembre de 2012 .
- Lyons, William C., ed. (1996). Manual estándar de ingeniería de petróleo y gas natural . 2 (6 ed.). Publicaciones profesionales del Golfo. ISBN 0-88415-643-5.
Enlaces externos
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- Funcionamiento, aplicaciones y ventajas de las electrobombas sumergibles
- Versatile Pump Works Under Water , julio de 1947, Popular Science excelente dibujo en corte de un gran diseño de bomba sumergible para obras públicas de agua
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