Bombeio Mecânico Com Hastes

Esta técnica de elevação é o mais usado em todo o planeta, podendo ser instalado para alçar vazões médias de poços rasos ou baixas vazões para amplas profundidades. No bombeio mecânico com hastes (BM) o movimento rotativo de um motor elétrico ou de combustão interna é decomposto em movimento alternativo por uma unidade de bombeio posicionada perto da cabeça do poço, então uma coluna de hastes tem o papel de transmitir o movimento alternativo para o fundo do poço ativando uma bomba que possui o papel de alçar os fluidos produzidos pelo reservatório até a superfície.

Segundo Thomas (2004) o bombeio mecânico com hastes exibe problemas operacionais mediano em poços direcionais (desviados propositalmente da vertical), em poços que produzem areia e poços onde parte do gás produzido incida pela bomba. Os poços direcionais procedem em alto atrito da coluna de hastes com a de produção, gerando um desgaste antecipado das hastes e da coluna de produção nos pontos onde ocorre um maior contato. A areia desgasta mais breve as partes

móveis e a camisa da bomba em razão da sua abrasividade. O gás quando passa pela bomba diminui sua eficiência volumétrica.

Bomba de subsuperfície: Esta bomba é do tipo alternativo, sendo de

simples efeito e formadas pelas seguintes partes principais: Camisa, pistão, válvula de passeio e válvula de pé, representada na Figura 13, o plano de funcionamento da bomba de subsuperfície.

Figura 13 - Partes da bomba e ciclo de bombeio. (Extraída de THOMAS, 2004, p. 68).

De acordo com Thomas (2004) a bomba de superfície possui por objetivo prover energia ao fluido procedente da formação, sob a forma de acréscimo de pressão, para elevá-lo até a superfície. No ciclo de bombeio têm dois cursos, o ascendente (upstroke) e o curso descendente (downstroke). O fluido que esta dentro da coluna de produção no curso ascendente sustenta a válvula de passeio fechada, sendo que a baixa pressão criada na camisa da bomba abaixo do pistão e acima da válvula de pé faz com que a mesma se abra, deixando que o fluido que se encontra no anular passe para dentro da bomba. As hastes são responsáveis por erguer todo

o fluido que esta acima do pistão e o mesmo que está mais próximo da cabeça do poço entra na linha de produção, sendo mexido nos ciclos seguintes para o vaso separador.

Os fluidos que estão inseridos na camisa da bomba são comprimidos fechando a válvula de pé no curso descendente e como o pistão permanece descendo, as pressões abaixo e acima da válvula de passeio se coincidem e a mesma se abre deixando o fluido passar para cima do pistão. Quando for alcançado o final do curso descendente e principiar o curso ascendente a válvula de passeio se fecha e a de pé se abre, iniciando, de tal maneira, um novo ciclo.

Há ainda o diâmetro do pistão mais adequado, para que não aconteçam esforços inúteis no equipamento de superfície e na coluna de hastes. Em uma mesma vazão diâmetros maiores de pistão causam maiores cargas de fluido nas hastes, enquanto que menores diâmetros provocam velocidades e cargas dinâmicas (atrito e aceleração) bem maiores.

De acordo com Thomas (2004) o deslocamento volumétrico de uma bomba pode ser apontado por meio da Eq. 04:

Figura 14 - Equação 04. (Extraída de THOMAS, 2004, p. 69).

Coluna de hastes: São diversos os tipos de hastes que podem ser usados

no Bombeio Mecânico, podendo ser usadas hastes de aço e de fibra de vidro, sendo as primeiras de uso mais frequente em razão do elevado custo das hastes de fibra

de vidro.

As hastes são usadas em ambientes que podem ser ásperos, corrosivos ou ambos. Elas estão sujeitas a cargas cíclicas, e por motivo da alternância de esforços do curso ascendente para o descendente e assim consecutivamente, a coluna de hastes se torna o ponto crítico do sistema. As hastes de fibra de vidro são mais usadas em poços que exibem sérios problemas de corrosão e cargas elevadas.

As hastes são qualificadas em função do diâmetro nominal e do seu arranjo químico (grau de aço) para as hastes de aço. E diâmetro nominal, temperatura aceitável de trabalho e arranjo químico das extremidades (Metálicas) para hastes de fibra. A primeira haste no topo da coluna é chamada de haste polida, pois possui sua superfície externa polida. E marzão do movimento alternativo da coluna de hastes, a polida está sucessivamente entrando e saindo do poço. Esta haste possui por finalidade a vedação na cabeça do poço realizada por meio de um equipamento conhecido como Stuffing Box.

A haste polida é a seção da coluna de hastes sujeita à maior força de tração, pois apoia o peso das hastes (Peso da coluna de hastes medido no ar), força de empuxo (força igual ao peso do fluido arrastado pela coluna de hastes), força de aceleração (força responsável pela variação da velocidade das hastes), força de fricção (Devido ao atrito das hastes com fluido e com a coluna de produção), peso do fluido (peso da coluna de fluido que está acima do pistão).

Unidade de bombeio: É o aparelhamento que transforma o movimento

rotativo do motor em movimento alternativo das hastes. A unidade de bombeio (UB) a ser optada para um apontado poço precisa considerar o máximo torque, a máxima carga e o máximo curso de haste polida que irão acontecer no poço. Estas três considerações necessitam ser atendidas para UB não sofrer avarias quando estiver atuando.

A unidade de bombeio possui uma estrutura formada pela base, tripé, viga transversal ou balancim, cabeça da UB, biela e manivela. A base é amoldada em concreto ou composta por perfis de aço, servindo como base para conectar

precisamente ataviados, o tripé, caixa de diminuição e o motor. O tripé é composto por três ou quatro perfis de aço, possui a finalidade de aguentar toda a carga da haste polida. A viga transversal ou balancim é uma viga de aço escorada em seu centro por um mancal que fica conectado no topo do tripé, tendo o papel de suportar a carga da haste polida de um lado e a força conduzida pela biela do outro.

A cabeça da unidade de bombeio está situada em uma das extremidades do balancim, aturando a carga da haste polida através de dois cabos de aço (cabresto) e uma barra carreadora. A cabeça da UB possui uma geometria que faz com que a haste polida realize o seu movimento verticalmente no poço, diminuindo esforços e atrito. A biela e manivela possuem como função transmitir o movimento ao balancim. O curso da haste polida é determinado pela distância do eixo da manivela ao mancal da biela. Se mudar a posição onde a biela é presa à manivela este curso pode ser alterado. Na Figura 15 é apresentada uma unidade de bombeio característica com suas partes principais.

Figura 15 - Unidade de bombeio. (Extraída de THOMAS, 2004, p. 70).

Contrapesos: Os contrapesos são usados para ampliar a vida útil do motor.

O motor somente é promovido a prover energia para alçar os fluidos no curso ascendente, pois no curso descendente a força da gravidade é responsável pela

circulação das hastes. Para ampliar a vida útil do motor, ele precisa ser exigido da maneira mais continuada aceitável. Se a UB for perfeitamente balanceada o torque máximo no curso ascendente é semelhante ao torque máximo no curso descendente. Os contrapesos são usados na manivela ou no balancim, para que no curso ascendente os contrapesos declinem suavizando a potência promovida do motor e no curso descendente, o motor precisa prover energia para alçar os contrapesos. Assim sendo, este balanceamento somente é obtido se for bem ajustado à posição e a quantidade de contrapesos na unidade de bombeio.

Caixa de redução: A caixa de diminuição possui o papel de transformar a

energia de alta velocidade e baixo torque do motor em energia de alto torque e baixa velocidade. A velocidade diminuída é de quase 600 rpm do motor para 20 cpm da coluna de hastes. A caixa de diminuição é a parte com maior custo da UB, pois corresponde quase a 50% do custo total da unidade de bombeio.

Motor: Podem ser usados na UB, motores elétricos ou de combustão interna.

O seu uso depende do custo beneficio de cada um. Em lugares onde tem energia elétrica disponível são usados motores elétricos por três fatores: maior eficácia, menor gasto operacional e menor ruído. Todavia, em locais remotos, onde a construção de uma rede para distribuição de energia elétrica seja inviável economicamente, os motores usados serão os de combustão interna.

Acompanhamento do poço em produção: Este acompanhamento do poço

produzindo pelo BM é realizado por meio de testes de produção, cartas dinamométricas e registros de sonolog (registra a profundidade em que se encontra o nível dinâmico e o nível estático do anular). O sonolog incide no disparo de uma pequena carga explosiva na superfície, provocando um pulso acústico que se lavra pela coluna e é receptado na superfície através de um receptor que registra a reflexão do pulso nas luvas da coluna de produção e no nível de líquido no anular, determinando a profundidade do nível dinâmico ou estático.