Una bomba sumergible (o bomba sumergible eléctrica ( ESP ) es un dispositivo que tiene un motor herméticamente sellado y acoplado al cuerpo de la bomba. Todo el conjunto queda sumergido en el fluido a bombear. La principal ventaja de este tipo de bomba es que Previene 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. 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 calentada como fluido motor.
En. 1928 Armais Arutunoff, ingeniero e inventor de sistemas de suministro de petróleo armenio , instaló con éxito la primera bomba de petróleo sumergible en un campo petrolífero. [1] En 1929, Pleuger Pumps (hoy Pleuger Industries ) desarrolló el diseño de la bomba sumergible de turbina, precursora de la moderna bomba sumergible multietapa. [2]
Las bombas electrosumergibles son bombas centrífugas multietapas 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 radiales y de flujo 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 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 elevados por las etapas de la bomba. Otras partes incluyen los cojinetes radiales (bujes) 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 tornillo, en ellas hay un tornillo de acero que se utiliza como elemento de trabajo. El tornillo permite que la bomba funcione en agua con un alto contenido de arena y otras impurezas mecánicas .
Las bombas sumergibles se encuentran en muchas aplicaciones. Las bombas de una etapa se utilizan para drenaje, bombeo de aguas residuales , bombeo industrial en general y bombeo de lodos. También son populares entre los filtros para estanques. Las bombas sumergibles de etapas múltiples generalmente se sumergen en un pozo y se usan con mayor frecuencia para la extracción (abstracción) de agua 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 retardante de llama ), perforación de pozos de agua y pozos profundos , plataformas de perforación marinas , levantamientos artificiales , desagüe de minas y sistemas de riego .
Las bombas en ubicaciones eléctricamente peligrosas utilizadas para líquidos combustibles o para agua que pueda estar contaminada con líquidos combustibles deben diseñarse para no encender el líquido o los vapores.
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 (reduciendo la presión de flujo en el fondo del pozo o aumentando la reducción), se puede producir significativamente más petróleo del pozo en comparación con la producción natural. [ cita necesaria ] Las bombas suelen funcionar eléctricamente, denominadas bombas eléctricas sumergibles (ESP) o, si son hidráulicas, denominadas bombas hidráulicas sumergibles (HSP). [ cita necesaria ]
Los sistemas ESP constan de componentes de superficie (alojados en las instalaciones de producción, por ejemplo, una plataforma petrolera ) y componentes subterráneos (que se encuentran en el pozo ). Los componentes de superficie incluyen el controlador del motor (a menudo un controlador de velocidad variable), cables de superficie y transformadores. Los componentes del subsuelo se despliegan uniéndolos 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 había sido costosa debido a la necesidad de un cable eléctrico que se extendiera desde la fuente hasta el motor. Este cable tuvo que enrollarse alrededor de un tubo articulado y conectarse en cada unión. Los nuevos umbilicales de tubería flexible permiten desplegar tanto la tubería como el cable eléctrico con una sola unidad de tubería flexible convencional. También se pueden incluir cables para datos de sensores y control.
Los componentes del subsuelo generalmente incluyen una porción de bomba y una porción de motor, estando 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 los tubos 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 5000 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 múltiples 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 al eje. Las bombas vienen en diámetros que van desde 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 accionar la bomba suele ser un motor de inducción de jaula de ardilla trifásico, con una potencia nominal nominal en el rango de 7,5 kW a 560 kW (a 60 Hz). [3]
Los conjuntos de ESP también pueden incluir: sellos acoplados al eje entre el motor y la bomba; cribas para rechazar arena; y separadores de fluidos en la entrada de la bomba que separan gas, petróleo y agua. [3] Los ESP tienen eficiencias dramáticamente más bajas con fracciones significativas de gas, superiores a aproximadamente el 10% del volumen en la entrada de la bomba, por lo que separar el gas del petróleo antes de la bomba puede ser importante. Algunos ESP incluyen un separador de agua/aceite que permite reinyectar agua en el fondo del pozo. Como algunos pozos producen hasta un 90 % de agua y la elevación de fluidos supone un coste importante, reinyectar agua antes de elevarla a la superficie puede reducir el consumo de energía y mejorar la economía. Dada la alta velocidad de rotación de los BES de hasta 4000 rpm (67 Hz). y espacios reducidos, no toleran mucho los sólidos, como la arena.
Hay al menos 15 marcas de ESP para yacimientos petrolíferos que se utilizan en todo el mundo.
Los cables de bombas sumergibles son conductores eléctricos diseñados para 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 duras. El cable necesario para este tipo de aplicación debe ser duradero y fiable, 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 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 bomba se fabrican en tipos de conductores simples y múltiples y pueden ser de sección transversal plana o redonda; Algunos tipos incluyen cables de control y conductores de alimentación para el motor de la bomba. Los conductores suelen estar codificados por colores para su identificación y la cubierta general del cable también puede estar codificada por colores.
En el cable de 3 y 4 núcleos según la imagen de los tipos SPC del lado derecho que se muestra, se utiliza cobre simple/cobre estañado como conductor.
Con tres empleados, Arutunoff construyó e instaló el primer BES en un pozo petrolero en el campo El Dorado cerca de Burns, Kansas.
1929: Pleuger es pionero en el motor de bomba de turbina sumergible.
