Bombas de lodo en el Sistema de circulación

Mud pumpsUna función principal del sistema de circulación de lodo es remover los recortes de roca del pozo debido ala el progreso de la perforación. Donde las bombas juegan un papel muy importante, lo cual se aprecia en el esquema siguiente:

Sistema de circulación

El lodo de perforación viaja en el siguiente orden siguiente:

1. De los tanques de acero (steel tanks or pits) a la bomba de lodo (mud pump).2. De las bombas pasa a través de las conexiones de superficie de alta presión a

la sarta de perforación (drill string).3. El fluye a través de la sarta de perforación (drill string) a la broca (bit).4. A través de las boquillas (nozzles) de la broca y sube por el espacio anular

entre el hueco y la tubería de perforación a la superficie.5. Ya en superficie pasa por la línea de flujo (flow line) hacia el sistema de control

de sólidos para después regresar a los tanques de succión (pits) de la bomba.

Las bombas de lodo son los componentes principales del sistema de circulación. Estas bombas de lodo siempre han usado pistones reciprocantes de desplazamiento positivo. Las bombas pueden ser dúplex o triplex.

Bombas de lodo dúplex

Esta bombas tienen dos cilindros (dúplex), generalmente son bombas doble actuantes, ósea bombean en ambas direcciones en la carrera de ida y en la carrera de regreso del pistón.

BOMBA DÚPLEX –DOS PISTONES

DISEÑO DE BOMBAS DÚPLEX – DOBLE ACTUANTES

Bombas de lodo triplex

Estas bombas tienen tres cilindros (triplex) y son generalmente únicamente actuantes, es decir que bombean solamente en la carrera de ida del pistón

BOMBA TRIPLEX.

DISEÑO DE BOMBAS TRIPLEX – ÚNICAMENTE ACTUANTES

Donde:d L=diametrode lalaina .

d L=diametrode la laina .

LS=longitud del stroke .

Las bombas triplex son más ligeras y compactas que las bombas dúplex, sus pulsaciones de presión de descarga no son tan grandes, y son más baratas para operar. Por estas razones la mayoría de las nuevas bombas que han sido puestas en operación son de diseño triplex.

La eficiencia d una bomba de circulación de lodo es el producto de eficiencia mecánica y la eficiencia volumétrica. La eficiencia mecánica usualmente es asumida ser 90% y es relacionada a la eficiencia de la fuerza motriz y a la conexión con la transmisión del motor. La eficiencia volumétrica de una bomba cuya succión es adecuadamente cargada puede será tan alta como 100%.

En conclusión

Eficiencia mecánica Em=90%

Eficiencia volumétrica E v=100 %

Generalmente, dos bombas de circulación son instaladas en el equipo de perforación. Ambas bombas pueden ser operadas en paralelo para entregar los grandes caudales de flujo requeridos. En porciones más profundas del pozo, solamente una bomba es necesitada, y la segunda sirve como stand by (lista para operar cuando se le requiera).

Potencia de las bombas

Las bombas están relacionadas por

1. Potencia hidráulica.2. La presión máxima.3. Caudal de flujo máximo.

Si la presión de succión de la bomba es esencialmente atmosférica, el incremento de la presión del fluido en movimiento a través de la bomba es aproximadamente igual a la presión e descarga. La potencia hidráulica de descarga de la bomba es igual a la presión de descarga por el caudal de flujo. Las unidades de campo de la potencia HP, presión PSI, caudal GAL/MIN. La potencia de la bomba desarrollada por la bomba está dada por:

PH=∆ p q1714

Donde:

Para un nivel de potencia hidráulica dado, la presión de descarga máximo y el caudal e flujo puede ser variado por el cambio de velocidad de strokes (carreras) por minuto y el tamaño de la laina. Una laina más pequeña permitirá al operador obtener una presión más alta de descarga, pero n bajo caudal de descarga. Para evitar problemas de la bomba no se acostumbra pasar presiones de 3000psi.

1.13 una bomba de 1000 hp puede operar a una eficiencia volumétrica de 90%. Para esta bomba, la máxima presión de descarga para varios tamaños de camisas (liner) es:

Tamaño de camisa / liner size (in.)

máxima presión de descarga / maximum discharge pressure

(Psig)

7,50 19177,25 20687,00 22296,75 24186,50 26356,00 3153

Plotear las combinaciones de caudal de descarga vs presión de descarga de la bomba a los caballos fuerza hidráulicos máximos (potencia máxima).

Usando papel coordenado cartesiano.

q=caudal de descarga ; gal . /min .

PH=potencia hidraulica de la bomba; hpΔP=presiòn de descaraga ; psi

Solución:

1. Se determinan los respectivos caudales de descarga para cada tamaño de camisa (liner) y presión máxima de descarga.

Aplicando: Donde:

Despejando:

Pero se considera una eficiencia volumétrica de la bomba

Por lo tanto

liner=7.5∈.∆ P=1917 psi .

liner=7.25∈. ∆ P=2068 psi .

liner=7.00∈. ∆ P=2229 psi .

liner=6.75∈. ∆ P=2418 psi .

PH=potencia hidraulica de la bomba; hpΔP=presiòn de descaraga ; psiPH=

ΔP .q1714 q=caudal de descarga ; gal . /min .

q=1714 PHΔP

→@Ev=100 %

Ev=90 %

⇒ q=1714PHΔP

∗0 .9 gal . /min .

q=1714∗10001917

∗0 . 9=804 .69 gal /min

q=1714∗10002068

∗0 .9=745,94 gal /min

q=1714∗10002229

∗0 .9=692,06 gal /min

q=1714∗10002418

∗0 .9=637,97 gal /min

liner=6.50∈. ∆ P=2635 psi .

liner=6.00∈. ∆ P=3153 psi .

Tamaño de camisa / liner size (in.)

máxima presión de descarga / maximum discharge pressure

(Psig)Caudal de descarga /

out put (gal. /min.)

7,50 1917 804,697,25 2068 745,947,00 2229 692,066,75 2418 637,976,50 2635 585,436,00 3153 489,25

q=1714∗10002635

∗0 . 9=585,43 gal /min

q=1714∗10003153

∗0 . 9=489,25gal /min