Una bomba sumergible (o bomba sumergible eléctrica ( ESP ) es un dispositivo que tiene un motor herméticamente sellado acoplado al cuerpo de la bomba. Todo el conjunto está sumergido 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 a la superficie, en lugar de las bombas de chorro, que crean un vacío y dependen de la presión atmosférica. Las 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 motriz.
En 1928, el ingeniero e inventor armenio de sistemas de distribución de petróleo Armais Arutunoff instaló con éxito la primera bomba de petróleo sumergible en un yacimiento petrolífero. [1] En 1929, Pleuger Pumps (hoy Pleuger Industries ) desarrolló el diseño de la bomba de turbina sumergible, precursora de la moderna bomba sumergible multietapa. [2]
Las bombas sumergibles eléctricas son bombas centrífugas multietapa que funcionan en posición vertical. Los líquidos, acelerados por el impulsor, pierden su energía cinética en el difusor, donde se produce una conversión de energía cinética en energía de presión. Este es el principal mecanismo operativo de las bombas radiales y de flujo mixto. En las bombas sumergibles eléctricas, 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 en 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 admisión y son elevados por las etapas de la bomba. Otras partes incluyen los cojinetes radiales (bujes) distribuidos a lo largo de la longitud del eje, que brindan 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 existen bombas sumergibles de tipo tornillo, en las que se utiliza un tornillo de acero como elemento de trabajo. El tornillo permite que la bomba funcione en aguas con un alto contenido de arena y otras impurezas mecánicas .
Las bombas sumergibles se encuentran en muchas aplicaciones. Las bombas de una sola etapa se utilizan para drenaje, bombeo de aguas residuales , bombeo industrial general y bombeo de lodos. También son populares en los filtros de estanques. Las bombas sumergibles de múltiples etapas generalmente se bajan a un pozo y se utilizan 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 en alta mar , elevadores artificiales , deshidratación de minas y sistemas de riego .
Las bombas en ubicaciones con peligro eléctrico utilizadas para líquidos combustibles o para agua que pueda estar contaminada con líquidos combustibles deben estar diseñadas 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 "elevación 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 caída de presión), se puede producir significativamente más petróleo del pozo en comparación con la producción natural. [ cita requerida ] Las bombas suelen estar accionadas eléctricamente, denominadas bombas sumergibles eléctricas (ESP) o, si están accionadas hidráulicamente, denominadas bombas sumergibles hidráulicas (HSP). [ cita requerida ]
Los sistemas ESP constan de componentes de superficie (alojados en la instalación de producción, por ejemplo, una plataforma petrolífera ) 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 subterráneos se instalan conectándolos al extremo inferior del pozo de una sarta de tubos, mientras se está en la superficie, y luego se bajan al pozo junto con los tubos.
Una fuente de corriente alterna de alto voltaje (3 a 5 kV) en la superficie impulsa el motor subterráneo. Hasta hace poco, los ESP habían sido costosos de instalar debido a la necesidad de un cable eléctrico que se extendiera desde la fuente hasta el motor. Este cable tenía que enrollarse alrededor de una tubería articulada y conectarse en cada unión. Los nuevos umbilicales de tubería flexible permiten que tanto la tubería como el cable eléctrico se desplieguen 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 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 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 se determina según 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 álabes que dirigen el fluido de regreso hacia el eje. Las bombas tienen diámetros que van desde 90 mm (3,5 pulgadas) hasta 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 es normalmente un motor de inducción de jaula de ardilla trifásico, con una potencia nominal 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 petróleo y el agua. [3] Los ESP tienen eficiencias drásticamente más bajas con fracciones significativas de gas, mayores 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/petróleo que permite que el agua se vuelva a inyectar en el fondo del pozo. Como algunos pozos producen hasta un 90% de agua y la elevación de fluidos es un costo significativo, 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 ESP de hasta 4000 rpm (67 Hz) y las holguras ajustadas, no son muy tolerantes a los sólidos, como la arena.
Existen al menos 15 marcas de ESP para yacimientos petrolíferos utilizadas en todo el mundo.
Los cables de bombas sumergibles son conductores eléctricos diseñados para usarse en suelo húmedo o bajo el agua, con tipos especializados para las condiciones ambientales de las bombas. [5] [6] [7]
Un cable para bomba sumergible es un producto especializado que se utiliza para una bomba sumergible en un pozo profundo o en condiciones similares. 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. Por lo tanto, el cable para 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 para 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 conductores simples y múltiples y pueden tener una sección transversal plana o redonda; algunos tipos incluyen cables de control, así como conductores de energía 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 tipos SPC del lado derecho que se muestra, se utiliza cobre simple/cobre estañado como conductor.
Con tres empleados, Arutunoff construyó e instaló la primera bomba sumergible eléctrica 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
