Un gato de bomba es el accionamiento superficial de una bomba de pistón alternativo en un pozo de petróleo . [1]
Se utiliza para sacar mecánicamente líquido del pozo si no hay suficiente presión en el fondo del pozo para que el líquido fluya hasta la superficie. Esta disposición se utiliza a menudo para pozos terrestres. Las bombas hidráulicas son comunes en zonas ricas en petróleo .
Dependiendo del tamaño de la bomba, generalmente produce de 5 a 40 litros (1 a 9 imp gal; 1,5 a 10,5 gal EE.UU.) 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 (cabezal de descarga).
Un gato de bomba tipo viga convierte el movimiento giratorio del motor en el movimiento alternativo vertical necesario para impulsar la varilla pulida y la carga (fluido) de la varilla de bombeo y la columna que la acompañan. El término técnico para este tipo de mecanismo es viga móvil . Se empleó a menudo en diseños de máquinas de vapor marinas y estacionarias en los siglos XVIII y XIX.
Un gato de bomba 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 caballito, bomba de saltamontes, bomba de varilla de bombeo, bomba de dinosaurio, bomba Big Texan, bomba de pájaro sediento, caballo de juguete o solo unidad de bombeo. [2]
En los primeros días, los gatos de bombeo funcionaban mediante líneas de varillas que corrían horizontalmente sobre el suelo hasta una rueda en una excéntrica giratoria en un mecanismo conocido como potencia central. [3] La energía central, que podría operar una docena o más de bombas hidráulicas, sería impulsada por un motor de vapor o de combustión interna o por un motor eléctrico. Entre las ventajas de este esquema estaba tener solo un motor primario para accionar todos los gatos de bomba en lugar de motores individuales para cada uno. Sin embargo, entre las muchas dificultades estaba mantener el equilibrio del sistema a medida que cambiaban las cargas de los pozos individuales.
Las bombas modernas funcionan con un motor primario. Comúnmente se trata de un motor eléctrico, pero los motores de combustión interna se utilizan en lugares aislados sin acceso a electricidad o, en el caso de bombas hidráulicas, donde no se dispone de energía trifásica (mientras que existen motores monofásicos de al menos hasta 60 caballos de fuerza). o 45 kilovatios, [4] suministrar energía a motores monofásicos de más de 10 caballos de fuerza o 7,5 kilovatios puede causar problemas en la línea eléctrica, [5] y muchas bombas requieren más de 10 caballos de fuerza). Los motores de bombeo fuera de la red comunes funcionan con gas natural , a menudo gas de revestimiento producido en el pozo, pero los bombeos han funcionado con muchos tipos de combustible, como propano y diésel . En climas severos, dichos motores y motores pueden alojarse en una choza para protegerlos de los elementos. Los motores que accionan bombas de agua a menudo reciben gas natural de la red de gas disponible más cercana .
El motor primario acciona 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 marco en A. En el otro extremo de la viga hay una caja de metal curvada llamada cabeza de caballo o cabeza de burro, llamada así debido a su apariencia. Un cable fabricado en acero —en ocasiones, fibra de vidrio— , llamado brida, conecta la cabeza del caballo con 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 los gatos de bomba que no transportan cargas muy pesadas, el peso de las propias manivelas puede ser suficiente para equilibrar la carga del pozo.
A veces, sin embargo, las unidades equilibradas con manivela pueden volverse prohibitivamente pesadas debido a la necesidad de contrapesos. Lufkin Industries ofrece unidades "equilibradas por 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 del tubo sin que se escape líquido. (La tubería es una tubería que va hasta el fondo del pozo a través del cual se produce el líquido). La brida sigue la curva de la cabeza del caballo a medida que baja y sube para crear un trazo vertical o casi vertical. La varilla pulida está conectada a una larga serie de varillas llamadas varillas de bombeo, que corren a través de la tubería hasta la bomba de fondo del pozo, generalmente ubicada cerca del fondo del pozo.
En la parte inferior de la tubería se encuentra la bomba de fondo de pozo. Esta bomba tiene dos válvulas de retención de bola : una válvula estacionaria en la parte inferior llamada válvula estacionaria y una válvula en el pistón conectada a la parte inferior de las varillas de bombeo que se desplaza hacia arriba y hacia abajo a medida que las varillas oscilan, conocida como válvula de viaje. El fluido del yacimiento ingresa desde la formación al fondo del pozo a través de perforaciones que se han hecho a través del revestimiento y el cemento (el revestimiento es una tubería de metal más grande que corre a lo largo del pozo, que tiene cemento colocado entre él y la tierra; el el tubo, la bomba y la varilla de bombeo están todos dentro de la carcasa).
Cuando las varillas del extremo de la bomba se desplazan hacia arriba, la válvula de desplazamiento se cierra y la válvula estacionaria se abre (debido a la caída de presión en el cilindro de la bomba). En consecuencia, el cilindro de la bomba se llena con el fluido de la formación a medida que el pistón móvil eleva el contenido anterior del cilindro hacia arriba. Cuando las varillas comienzan a empujar hacia abajo, la válvula viajera se abre y la válvula estacionaria se cierra (debido a un aumento de presión en el cilindro de la bomba). La válvula viajera cae a través del fluido en el cañón (que había sido aspirado durante la carrera ascendente). El pistón llega entonces al final de su carrera y comienza de nuevo su camino hacia arriba, repitiendo el proceso.
A menudo, el gas se produce a través de las mismas perforaciones que el petróleo. Esto puede ser problemático si ingresa gas a la bomba, porque puede resultar en lo que se conoce como bloqueo de gas, donde se acumula presión insuficiente en el cilindro de la bomba para abrir las válvulas (debido a la compresión del gas) y se bombea poco o nada. Para evitarlo, 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 el espacio anular (el espacio entre la carcasa y la tubería) mientras el líquido desciende hasta la entrada de la válvula estacionaria. Una vez en la superficie, el gas se recoge a través de tuberías conectadas al espacio anular.
Los gatos de bombeo también se pueden utilizar para impulsar lo que ahora se considerarían pozos de agua bombeados manualmente a la antigua usanza . La escala de la tecnología suele ser menor que la de un pozo petrolero y, por lo general, puede caber en la parte superior de un pozo existente con bombeo manual. La tecnología es simple y generalmente utiliza un elevador de doble leva de barras paralelas impulsado por un motor eléctrico de baja potencia, aunque está aumentando 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. En YouTube se puede ver una breve grabación de vídeo de una bomba de este tipo en acción. [6]
Aunque el caudal de un gato de bomba de pozo de agua es menor que el de una bomba de chorro y el agua elevada no está presurizada, la unidad de bombeo de viga tiene la opción de bombear manualmente en caso de emergencia, girando manualmente la leva del gato de bomba a su posición más baja. y colocando una manija manual en la parte superior de la varilla de la boca del pozo. En bombas hidráulicas más grandes propulsadas 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 tanto, su funcionamiento es más económico.
