Elevação por bombas de haste
Eles consistem em cilindros longos e finos com elementos móveis e fixos em seu interior. A bomba foi projetada para ser inserida no tubo de extração do poço e tem como principal função acumular fluidos de baixo e levantá-los até a superfície. Seus principais componentes são: tubo de produção, válvulas e pistão (deslocamento e fixação). Possuem outros 18 ou 30 componentes, que são chamados de complementares ou de ajuste.
Cada parte da bomba é importante para o correto funcionamento do sistema. As partes mais comuns são descritas abaixo.
• - Motor: É responsável por fornecer a energia necessária à unidade de bombeamento para elevar os fluidos do poço. Esses motores podem ser de combustão interna ou elétricos.
• - Caixa de engrenagens: Utilizada para converter energia de momento rotacional, sujeita a altas velocidades do motor primário, em alta energia de momento rotacional em baixa velocidade. A máquina motriz é conectada ao redutor de velocidade (caixa de engrenagens) por correia. O redutor de velocidade pode ser: Simples, duplo ou triplo. O redutor duplo é o mais utilizado.
• - Manivela: É responsável por transmitir o movimento da caixa de engrenagens ou transmissão para a biela dos balancins, que é unida a eles por pinos fixados no eixo lento da caixa de engrenagens e cada um deles possui igual número de furos, que representam um determinado curso do balancim, nos quais são colocados os pinos de fixação das bielas. Mudar os pinos de um furo para outro é chamado de mudança de lançamento.
• - Pesos ou contrapeso: Utilizados para equilibrar as forças desiguais que se originam no motor durante os movimentos ascendentes e descendentes do balancim, a fim de reduzir a potência efetiva máxima e o momento de rotação. Esses pesos são geralmente colocados na manivela e em algumas unidades na viga principal, na extremidade oposta da cabeça.
• - Prensa de enchimento: É constituída por uma câmara cilíndrica que contém os elementos de embalagem que encaixam na barra polida, permitindo vedar o espaço entre a barra polida e o tubo de produção, evitando o derramamento do petróleo bruto produzido.
• - Unidade de bombeamento: Tem como principal função proporcionar o movimento alternativo adequado, para acionar o conjunto de hastes e estas, a bomba do subsolo. Através da ação de correias e engrenagens, as velocidades de rotação são reduzidas.
O equipamento do subsolo é o que constitui a parte fundamental de todo o sistema de bombeamento. A API certificou as hastes, tubulações de produção e bomba de subsolo.
• - Tubulação de Produção: A finalidade da tubulação de produção é conduzir o fluido que está sendo bombeado do fundo do poço até a superfície. Em termos de resistência, a tubulação de produção é geralmente menos crítica porque as pressões do poço foram bastante reduzidas no momento em que o poço é condicionado para bombeamento.
• - Hastes ou Hastes de Sucção: O conjunto de hastes é o elo entre a unidade de bombeamento instalada na superfície e a bomba subterrânea. Suas principais funções no sistema de bombeamento mecânico são: transferir energia, suportar cargas e acionar a bomba do subsolo.
• - Ancoragens para Tubos: Este tipo é projetado para ser utilizado em poços com a finalidade de eliminar o estiramento e compressão do tubo de produção, que roça no cordão de hastes e causa desgaste de ambos. Normalmente usado em poços profundos. É instalado no gasoduto de produção, que absorve a carga do gasoduto. As guias das hastes são fixadas às hastes em diferentes profundidades, dependendo da curvatura e de ocorrências anteriores de alto desgaste do tubo.
• - Bomba de Subsolo: É um dispositivo de deslocamento positivo (alternativo), que é acionado pela série de hastes da superfície. Os componentes básicos da bomba subterrânea são simples, mas construídos com grande precisão para garantir a troca de pressão e volume através de suas válvulas. Os componentes principais são: o cano ou luva, o pistão ou êmbolo, 2 ou 3 válvulas com suas sedes e gaiolas ou retentores de válvulas.
• - Pistão: Sua função no sistema é bombear indefinidamente. É composto basicamente por anéis de vedação especiais e um lubrificante especial. A faixa operacional é 10K lpc e uma temperatura não superior a 500 °F.
É o primeiro elemento que deve ser considerado ao projetar uma instalação mecânica de bombeamento de um poço, já que os demais componentes dependem do tipo, tamanho e localização da bomba. É uma bomba de deslocamento positivo.
São bombas de construção resistente e design simples. O cano se conecta diretamente ao tubo e a coluna da haste se conecta diretamente ao pistão. Na parte inferior do cano existe um bico de sede, que abrigará a válvula fixa. Uma das possibilidades é abaixar a válvula fixa com um pescador acoplado na parte inferior do pistão, até que ela fique fixada no niple. O pistão é então liberado da válvula fixa girando-a no sentido anti-horário. A bomba TH fornece o deslocamento máximo de fluido para um determinado tubo de produção, o diâmetro do pistão é ligeiramente menor que o diâmetro interno do tubo. De estrutura robusta, o cano de parede espessa é conectado diretamente ao tubo por um bocal. As hastes se conectam diretamente à gaiola superior do pistão, eliminando a necessidade de uma haste. As vantagens desta bomba fazem dela uma das mais utilizadas pelos produtores em poços que não necessitam de intervenções frequentes.
Como fatores limitantes pode-se notar que: Para trocar o cano é necessário retirar toda a tubulação. Não é o mais aconselhável para poços de gás, pois possui um grande espaço prejudicial devido à válvula pescador fixa, que neste caso reduz a eficiência da bomba. Os grandes volumes deslocados fazem com que as cargas nas hastes e nos equipamentos de bombeamento sejam muito significativas. Estas cargas também provocam um grande estiramento das tubagens e das hastes, com consequências no curso efectivo da bomba.
Sua principal característica é que são fixados à tubulação por meio de sistema de ancoragem, portanto para retirá-los do poço não é necessário retirar a tubulação, economizando mais de 50% de tempo nesta operação. Para a instalação, um elemento de fixação denominado niple de assento deve ser colocado no tubo. Posteriormente, a bomba é baixada por meio do cordão de hastes, até que a âncora da bomba seja fixada na sede, deixando-a pronta para operar. O uso generalizado dessas bombas levou ao projeto de uma ampla variedade de opções de bombas inseríveis, entre outras:
A peculiaridade desta bomba é que o elemento móvel é o cano com sua válvula, ao invés do pistão. Neste caso, o pistão é ancorado à sede por um tubo oco denominado tubo de aspiração. As válvulas fixas e móveis estão localizadas na parte superior do pistão e do cilindro, respectivamente. O movimento do cano, em seu curso ascendente e descendente, mantém a turbulência do fluido até o niple da sede, impossibilitando que a areia se assente ao redor da bomba, aprisionando-a contra o tubo. Por ter a válvula móvel na gaiola superior do barril, caso o poço pare por qualquer motivo, a válvula fechará, evitando o assentamento de areia no interior da bomba, o que é de extrema importância, pois apenas uma pequena quantidade de areia depositada no pistão é suficiente para que ele fique preso no barril quando a bomba for acionada novamente.