Un balancín es el mecanismo de accionamiento sobre la tierra para una bomba de pistón alternativa en un pozo de petróleo . [1]
Se utiliza para extraer mecánicamente líquido del pozo si no hay suficiente presión en el fondo del pozo para que el líquido fluya hasta la superficie. Este sistema se utiliza a menudo en pozos terrestres. Los gatos hidráulicos son comunes en zonas ricas en petróleo .
Dependiendo del tamaño de la bomba, generalmente produce de 5 a 40 litros (1 a 9 galones imperiales; 1,5 a 10,5 galones estadounidenses) de líquido en cada carrera. A menudo, se trata de una emulsión de petróleo crudo y agua. El tamaño de la bomba también está determinado por la profundidad y el peso del petróleo a extraer; una extracción más profunda requiere más potencia para mover el mayor peso de la columna de descarga (altura de descarga).
Un mecanismo de balancín de tipo viga convierte el movimiento rotatorio del motor en el movimiento alternativo vertical necesario para impulsar la varilla pulida y la carga de la varilla de succión y la columna (fluido) que la acompaña. El término de ingeniería para este tipo de mecanismo es viga móvil . Se utilizó a menudo en diseños de motores de vapor estacionarios y marinos en los siglos XVIII y XIX.
Una bomba de balancín también se llama bomba de viga, bomba de viga móvil, bomba de cabeza de caballo, bomba de burro que cabecea (bomba de burro), bomba de caballo mecedor, bomba de saltamontes, bomba de varilla de succión, bomba de dinosaurio, bomba Big Texan, bomba de pájaro sediento, caballo de juguete o simplemente unidad de bombeo. [2]
En los primeros tiempos, las bombas de vaivén funcionaban mediante cables de varillas que corrían horizontalmente por encima del suelo hasta una rueda sobre una excéntrica giratoria en un mecanismo conocido como motor central. [3] El motor central, que podía hacer funcionar una docena o más de bombas de vaivén, funcionaba con un motor de vapor o de combustión interna o con un motor eléctrico. Una de las ventajas de este sistema era tener un solo motor principal para accionar todas las bombas de vaivén en lugar de motores individuales para cada una. Sin embargo, una de las muchas dificultades era mantener el equilibrio del sistema a medida que cambiaban las cargas de cada pozo.
Los balancines modernos funcionan con un motor principal. Por lo general, se trata de un motor eléctrico, pero los motores de combustión interna se utilizan en lugares aislados sin acceso a la electricidad o, en el caso de los balancines de agua, donde no se dispone de energía trifásica (aunque existen motores monofásicos de al menos hasta 60 caballos de fuerza o 45 kilovatios, [4] proporcionar energía a motores monofásicos de más de 10 caballos de fuerza o 7,5 kilovatios puede causar problemas en la línea eléctrica, en particular caída de voltaje en el arranque, [5] y muchas bombas requieren más de 10 caballos de fuerza). Los motores de balancines fuera de la red eléctrica comunes funcionan con gas natural , a menudo gas de revestimiento producido a partir del pozo, pero los balancines han funcionado con muchos tipos de combustible, como propano y combustible diésel . En climas severos, estos motores y motores pueden alojarse en una caseta para protegerse de los elementos. Los motores que impulsan los balancines de agua a menudo reciben gas natural de la red de gas disponible más cercana .
El motor principal hace funcionar un conjunto de poleas hasta la transmisión, a menudo una caja de cambios de doble reducción , que acciona un par de manivelas , generalmente con contrapesos instalados en ellas para compensar el peso del pesado conjunto de varillas. Las manivelas suben y bajan un extremo de una viga en I que puede moverse libremente sobre un bastidor en forma de A. En el otro extremo de la viga hay una caja metálica curvada llamada cabeza de caballo o cabeza de burro, llamada así debido a su apariencia. Un cable de acero (en ocasiones, fibra de vidrio ), llamado brida, conecta la cabeza del caballo a la varilla pulida, un pistón que pasa a través del prensaestopas .
Las propias manivelas también producen contrapeso debido a su peso, por lo que en motobombas que no soportan cargas muy pesadas, el peso de las propias manivelas puede ser suficiente para equilibrar bien la carga.
Sin embargo, a veces las unidades balanceadas con manivela pueden llegar a ser prohibitivamente pesadas debido a la necesidad de contrapesos. Lufkin Industries ofrece unidades "balanceadas con aire", donde el contrapeso lo proporciona un cilindro neumático cargado con aire de un compresor , lo que elimina la necesidad de contrapesos.
La varilla pulida se ajusta perfectamente al prensaestopas, lo que le permite entrar y salir de la tubería sin que se escape el líquido. (La tubería es una cañería que va hasta el fondo del pozo a través de la cual se produce el líquido). La brida sigue la curva de la cabeza del caballo a medida que baja y sube para crear una carrera vertical o casi vertical. La varilla pulida está conectada a una larga cadena de varillas llamadas varillas de succión, que recorren la tubería hasta la bomba del fondo del pozo, generalmente ubicada cerca del fondo del pozo.
En la parte inferior de la tubería se encuentra la bomba de fondo del pozo. Esta bomba tiene dos válvulas de retención de bola : una válvula estacionaria en la parte inferior llamada válvula de pie y una válvula en el pistón conectada a la parte inferior de las varillas de succión que se desplaza hacia arriba y hacia abajo a medida que las varillas se mueven en vaivén, conocida como válvula móvil. El fluido del yacimiento ingresa desde la formación al fondo del pozo a través de perforaciones que se han realizado a través de la carcasa y el cemento (la carcasa es un tubo de metal más grande que corre a lo largo del pozo, que tiene cemento colocado entre él y la tierra; la tubería, la bomba y la varilla de succión están todos dentro de la carcasa).
Cuando las varillas del extremo de la bomba se desplazan hacia arriba, la válvula viajera se cierra y la válvula fija se abre (debido a la caída de presión en el barril de la bomba). En consecuencia, el barril de la bomba se llena con el fluido de la formación a medida que el pistón viajero eleva el contenido anterior del barril hacia arriba. Cuando las varillas comienzan a empujar hacia abajo, la válvula viajera se abre y la válvula fija se cierra (debido a un aumento de presión en el barril de la bomba). La válvula viajera deja caer el fluido en el barril (que había sido succionado durante la carrera ascendente). Luego, el pistón llega al final de su carrera y comienza su camino hacia arriba nuevamente, repitiendo el proceso.
A menudo, el gas se produce a través de las mismas perforaciones que el petróleo. Esto puede ser problemático si el gas entra en la bomba, porque puede resultar en lo que se conoce como bloqueo de gas, donde se acumula una presión insuficiente en el barril de la bomba para abrir las válvulas (debido a la compresión del gas) y se bombea poco o nada. Para evitar esto, la entrada de la bomba se puede colocar debajo de las perforaciones. A medida que el fluido cargado de gas ingresa al pozo a través de las perforaciones, el gas burbujea hacia arriba en el espacio anular (el espacio entre la carcasa y la tubería) mientras que el líquido se mueve hacia abajo hasta la entrada de la válvula de retención. Una vez en la superficie, el gas se recolecta a través de tuberías conectadas al espacio anular.
Los gatos de bombeo también se pueden utilizar para impulsar lo que hoy se considerarían pozos de agua con bombeo manual tradicionales . La escala de la tecnología es con frecuencia menor que la de un pozo petrolero y, por lo general, puede caber en la parte superior de un cabezal de pozo con bombeo manual existente. La tecnología es simple y, por lo general, utiliza un elevador de doble leva de barras paralelas impulsado por un motor eléctrico de baja potencia, aunque el número de gatos de bombeo con longitudes de carrera de 54 pulgadas (1,4 m) y más que se utilizan como bombas de agua está aumentando. Se puede ver una grabación de video corta de una bomba de este tipo en acción en YouTube. [6]
Aunque el caudal de una bomba de pozo es menor que el de una bomba de chorro y el agua extraída no está presurizada, la unidad de bombeo de viga tiene la opción de bombear manualmente en caso de emergencia, girando manualmente la leva de la bomba a su posición más baja y colocando una manija manual en la parte superior de la varilla del cabezal del pozo. En las bombas de pozo más grandes impulsadas por motores, el motor puede funcionar con combustible almacenado en un depósito o con gas natural suministrado desde la red de gas más cercana . En algunos casos, este tipo de bomba consume menos energía que una bomba de chorro y, por lo tanto, es más económica de operar.
