implementacion de una bomba recirculadora para la optimizacion en la produccion artificial
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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES
FACULTAD DE INGENIERA
CARRERA DE INGENIERIA PETROLERA
PROYECTO DE GRADO
IMPLEMENTACION DE UNA BOMBA RECIRCULADORA
PARA LA OPTIMIZACION EN LA PRODUCCION ARTIFICIAL
DE BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE EN EL CAMPO
PATUJUSAL
POSTULANTE: UNIV. JOHNNY QUISBERT APAZA
TUTOR.: ING. MARCO A. MONTESINOS MONTESINOS
La Paz - Bolivia
Noviembre - 2013
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AGRADECIMIENTO
A la mejor Universidad de nuestro Pas, la Universidad Mayor de San Andrs por la
formacin que me brindo.
A mi querida facultad de Ingeniera que cobija a las diferentes carreras.
A mi gloriosa y adorada carrera de INGENIERIA PETROLERA que me formo para
seguir adelante en esta vida, adems de vivir momentos inolvidables a lo largo de la
carrera.
A mi amigo y tutor Ing. Marco A. Montesinos Montesinos quien me ha brindado apoyo
incondicional para poder concluir mis estudios.
A nuestras autoridades, Director de Carrera Ing. Hermas Herrera Callejas y a todos
nuestros queridos Ingenieros e Ingenieras que quienes con su infinita sabidura y paciencia
me fueron formando para luchar en la vida.
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DEDICATORIA
A Jess.
Por haberme permitido llegar hasta este punto de mi vida y haberme dado salud para
lograr mis objetivos, adems de su infinita bondad y amor.
A mi pap Modesto y mi mam Felicidad por su inmensa compresin e incondicional
apoyo y sobre todo por darme ese amor puro en toda mi vida, as como a mi adorada
hermana Mirian quien es y ser gua en mi vida y a mis hermanos Willy, Edwin, Elio
quienes fueron mi inspiracin para poder seguir adelante y brindarme siempre su apoyo.
A mis sobrinos Yahircito, Nachito, Dayito, Sebastian y mi bella sobrina Anahi, quienes
con su inmensa felicidad y ternura me inspiraron a ser mejor.
A mi to Armando que me demostr su comprensin y su ayuda desinteresada a lo largo de
mi vida.
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INDICE
CAPITULO I GENERALIDADES
PAGINA
1.1 INTRODUCCION...1
1.2 ANTECEDENTES. 3
1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA....3
1.3.1 IDENTIFICACION DEL PROBLEMA..3
1.3.2 FORMULACION DEL PROBLEMA.4
1.4 OBJETIVOS Y ACCIONES DE LA INVESTIGACION..5
1.4.1 OBJETIVO GENERAL.. 5
1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS Y ACCIONES DE LA
INVESTIGACION.. 5
1.5 JUSTIFICACIN6
1.5.2 JUSTIFICACIN ECONOMICA..6
1.5.3 JUSTIFICACIN SOCIAL7
1.5.4 JUSTIFICACIN MEDIO AMBIENTAL..8
1.6 LCANCE..8
1.6.1 ALCANCE TEMATICO..8
1.6.2 ALCANCE GEOGRAFICO...9
CAPITULO II CONCEPTOS DE BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE
2.1 PRODUCCIN Y SUS COMPONENTES..11
2.1.1 PROCESO DE PRODUCCIN....11
2.2 RECORRIDO DE LOS FLUIDOS EN EL SISTEMA.12
2.2.1 TRANSPORTE EN EL YACIMIENTO.12
2.2.2 TRANSPORTE EN LAS PERFORACIONES12
2.2.3 TRANSPORTE EN EL POZO...13
2.2.3 TRANSPORTE EN LA LNEA DE FLUJO SUPERFICIAL.13
-
2.3 REDUCCION DE PRESION EN LOS DIFERENTES COMPONENTES
DEL SISTEMA DE PRODUCCION...13
2.4 CAPACIDAD DE PRODUCCIN DEL SISTEMA.......15
2.5 CURVAS DE OFERTA Y DEMANDA DE ENERGA EN EL FONDO
DEL POZO.....15
2.6 BALANCE DE ENERGA Y CAPACIDAD DE PRODUCCIN... .16
2.7 OPTIMIZACIN DEL SISTEMA... .17
2.8 MTODOS DE PRODUCCIN: FLUJO NATURAL Y
LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL... 18
2.8.1 LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL DE HIDROCARBUROS... . 18
2.9 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIN DEL MTODO DE
LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL.....19
2.9.1 BOMBEO MECANICO (BM)....21
2.9.1.1 Ventajas del sistema de bombeo mecnico de petrleo... 22
2.9.1.2 Desventajas del sistema de bombeo mecnico de petrleo..22
2.9.2 BOMBEO DE CAVIDAD PROGRESIVA (BCP).......23
2.9.2.1 Ventajas de los sistemas de bombeo de cavidad progresiva....25
2.9.2.2 Desventajas de los sistemas de bombeo de cavidad progresiva..27
2.9.3 LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS (LAG). 27
2.9.3.1 Equipos de superficie.. 28
2.9.3.2 Equipo de subsuelo. 29
2.9.3.2.1 Ventajas del mtodo de levantamiento artificial por gas.. .30
2.9.3.2.2 Desventajas del mtodo de levantamiento artificial por gas .30
2.9.4 BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE (BES)... ..30
2.9.4.1 Aplicaciones del bombeo electrosumergible.31
2.9.4.2 Principio de funcionamiento....32
2.9.4.3 Ventajas del bombeo electrosumergible........33
2.9.4.4 Limitaciones del bombeo electrosumergible. .. 33
2.9.4.5 Parmetros para la aplicacin del bombeo electrosumergible.. 34
2.9.4.6 Componentes del sistema de bombeo electrosumergible.. 34
2.9.4.7 Componentes superficiales. 34
-
2.9.4.7.1 Componentes del equipo de superficie.. .34
2.9.4.7.2 Cabezal del Pozo.....35
2.9.4.7.3 Caja de Conexiones (Venteo)... 36
2.9.4.7.4 Controladores del Motor..37
2.9.7.4.1 Panel de Control de Velocidad Fija...38
2.9.7.4.2 Controlador de Velocidad Variable (VSD)....39
2.9.7.4.3 Arrancador Suave....... 40
2.9.7.5 Transformadores...40
2.9.7.5.1 Transformador Primario (Reductor)...41
2.9.7.5.2 Transformador Secundario (Elevador)..........42
2.9.7.6 Componentes del equipo de subsuelo......43
2.9.7.6.1 Motor Electrosumergible..44
2.9.7.6.1.1 Serie del Motor..47
2.9.7.6.2 Protector o Seccin Sellante (Sello)..48
2.9.7.6.3 Bomba Electrosumergible...49
2.9.7.6.3.1 Anlisis de las Curvas de rendimiento las Bombas
Electrosumergibles.. 51
2.9.7.6.4 Bomba Recirculadora.53
2.9.7.6.4.1Componentes y Procedimiento de instalacin de La Bomba
Recirculadora .......54
2.9.7.6.4.2Instalacin para tubo recirculador....55
2.9.7.6.4.3Cable Elctrico de Extensin del Motor (Motor Lead Extensin
MLE).. 56
2.9.7.6.4.4Cable de Potencia (Power Cable).56
2.9.7.6.5 Separador de Gas58
2.9.7.6.6 EQUIPOS ADICIONALES......60
2.9.7.6.6.1 Sensor de Fondo61
2.9.7.6.6.2 Centralizador.. 62
2.9.7.6.6.3 Succin o Intake. ...62
2.9.7.6.6.4 Descarga. 62
2.9.7.6.6.5 Vlvula de retencin (Check valve). 63
-
2.9.7.6.7 Vlvula de Drenaje o Purga (Drain Valve).63
2.9.7.6.7 Y - Tool o BYPASS....64
2.9.7.6.8 Fleje o sunchos.....65
2.10 SEGURIDAD INDUSTRIAL Y ANALISIS DE RIESGO.. . .66
2.10.1 SEGURIDAD INDUSTRIAL Y ANALISIS DE RIESGO.. 66
2.10.2 SEGURIDAD INDUSTRIAL......66
2.10.3 ANALISIS DE RIESGO..........70
2.10.3.1 Vlvula de tormenta....70
2.10.3 PLAN DE CONTINGENCIA.. 72
2.10.3.1 Plan de contingencia superficial...73
2.10.3. Plan de contingencia subsuperficial.74
CAPITULO III DISEO METODOLOGICO
3. INTRODUCCION......75
3.1 METODOLOGA DE LOS NUEVE PASOS..75
3.1.1 PASO 1: DATOS BSICOS75
3.1.2 PASO 2: CAPACIDAD DE PRODUCCIN..76
3.1.3 PASO 3: CLCULO DE SEPARACIN DE GAS76
3.1.4 PASO 4: CABEZA DINMICA TOTAL (TDH)..77
3.1.5 PASO 5: TIPO DE BOMBA.77
3.1.6 PASO 6: TAMAO PTIMO DE COMPONENTES...77
3.1.7 PASO 7: CABLE ELCTRICO...78
3.1.8 PASO 8: ACCESORIOS Y EQUIPOS OPCIONALES...78
3.1.9 PASO 9: SISTEMA DE BOMBEO DE VELOCIDAD VARIABLE..79
3.2 DATOS BSICOS PARA EL DISEO DE UNA UNIDAD DE BOMBEO
ELECTROSUMERGIBLE.......80
3.2.1 CAPACIDAD DE PRODUCCIN..81
3.2.1.1 Indice de productividad...81
3.2.1.2 Relacin de productividad..82
3.2.2 CLCULO DE GAS.83
-
3.2.3 RELACIN SOLUCIN GAS/PETRLEO....84
3.2.3.1 Factor de volumen del gas...85
3.2.4 FACTOR DE VOLUMEN DE FORMACIN..85
3.2.5 VOLUMEN TOTAL DE LOS FLUIDOS..86
3.2.6 CABEZA DINMICA TOTAL.. 87
3.2.7 TIPO DE BOMBA...89
3.2.8 EL SISTEMA DE VARIADOR DE FRECUENCIA (VSC) Y LA
SELECCIN DE LA BOMBA ..90
3.2.9 DIMENSIN PTIMA DE LOS COMPONENTES91
3.2.9.1 Bomba..91
3.2.9.2 Separador92
3.2.9.3 Motor.92
3.2.10 Seccin de sello o protector..93
3.2.11 Cable elctrico.93
3.2.11.1 Tamao del cable94
3.2.11.2 Tipo de cable94
3.2.11.3 Longitud del cable. .95
3.2.11.4 Ventilacin del cable..95
3.3 EQUIPO ACCESORIO Y OPCIONAL.95
3.3.1 CABLE PLANO (CABLE DE EXTENSIN DEL MOTOR)95
3.3.1.1 Guarda cable plano.. .95
3.3.1.2 Bandas de cable..96
3.3.1.3 Niple de botella vlvula de retencin y vlvula de vaciado..96
3.3.1.4 Vortex30. .96
3.3.1.4.1 Unidad bsica del sistema96
3.3.1.4.2 Aparato de visualizacin..96
3.3.1.5 Transformadores97
3.3.1.6 Cable de superficie98
3.3.1.7 Cabezal de pozo y accesorios.. .98
3.4 EQUIPO DE SERVICIO. .98
3.5 EQUIPO OPCIONAL.. .98
-
3.5.1 DISPOSITIVO SENSOR DE LA PRESIN DE FONDO DE
POZO.98
CAPITULO V APLICACIN PRCTICA
4 INTRODUCCION....99
4.1 UBICACIN.....99
4.2 ANTECEDENTES..100
4.2.1 ESTADO ACTUAL DEL CAMPO.....101
4.3. GEOLOGA..101
4.2 RESERVORIO PRODUCTOR.103
4.2.1 FORMACIN PETACA.103
4.5. DESCRIPCIN DE FACILIDADES DE CAMPO Y PLANTA...104
4.5.1 SISTEMA DE SEPARACIN...104
4.5.2 SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS...104
4.4 DESCRIPCIN DE POZOS.105
4.6 HISTORIAL DE PRODUCCION DE POZO PJS-8105
4.7. EJEMPLO DE DISEO PARA POZO PJS-8D CON ALTA
RELACIN GAS -PETRLEO (GOR)109
4.7.1 PASO 1: DATOS BSICOS.. 109
4.7.2 PASO 2: CAPACIDAD DE PRODUCCIN. 111
4.7.3 PASO 3: CLCULOS DE GAS...113
4.7.4 PASO 4: CABEZA DINMICA TOTAL..118
4.7.5 PASO 5: SELECCIN DEL TIPO DE BOMBA....120
4.7.6 PASO 6: TAMAO PTIMO DE LOS COMPONENTES SEPARADOR
DE GAS....121
4.7.7 PASO 7: CABLE ELCTRICO....123
4.7.7.1 DETERMINAR EL TAMAO DEL CABLE.123
4.7.7.2 TIPO DE CABLE.123
4.7.7.3 LONGITUD DEL CABLE...123
4.7.7.4 VENTEO DEL CABLE123
-
4.8 PASO 8: EQUIPO ACCESORIO Y MISCELNEO.124
4.8.1 GUARDAS DEL CABLE124
4.8.2 BANDAS DEL CABLE124
4.9 PASO 9: EQUIPO ACCESORIO DE FONDO DE POZO124
4.9.1 NIPLE DE BOTELLA..124
4.9.2 VLVULA CHECK. 125
4.9.3 VLVULA DE DRENADO.125
4.9.4 CONTROLADOR DE MOTOR.125
4.9.5 TRANSFORMADOR..126
4.9.6 CABLE DE SUPERFICIE..126
4.10. RESULTADOS DE LOS CLCULOS DEL EJERCICIO..126
4.10.1 LISTA DE EQUIPOS SELECCIONADOS E INSTALADOS.127
CAPITULO V ANLISIS ECONMICO
5.1 ANLISIS TCNICO........131
5.2 ANLISIS ECONMICO..131
5.2.1 CRITERIOS PARA LA EVALUACION ECONOMICA........131
5.2.1.1 Valor actual neto (VAN o VPN)......131
5.2.1.2 Tasa Interna de Retorno (TIR)...133
5.2.2 COSTOS DE PRODUCCIN........134
5.3 EVALUACION ECONOMICA.134
5.3.1 COSTOS DEL SISTEMA DE BOMBEO
ELECTROSUMERGIBLE..134
5.3.4 EGRESOS....136
5.3.5 FUNDAMENTOS CONSIDERADOS EN EL ANALISIS
ECONOMICO...137
5.5.1 INCENTIVO A LA PRODUCCIN DE PETRLEO...137
5.5.2 INCENTIVO A LA PRODUCCIN DE GAS NATURAL138
5.6 CONCLUSION ECONOMICA ...139
-
CAPITULO VI COMPLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...141
6.1 CONCLUSIONES..141
6.2. RECOMENDACIONES.142
-
INDICE DE FIGURAS
PAGINA
Figura1.1.- Sistema completo de Bombeo Electrosumergible con bomba
Recirculadora.....2
Figura 1.2.- Baker Hughes en el mundo con produccin artificial de Bombeo
Electrosumergible.......3
Figura 1.3.- Campo Patujusal....10
Figura 2.1.- Sistema de produccin natural12
Figura 2.2.- Distribucin de Presiones en el Sistema de Produccin.14
Figura 2.3.- Muestra grafica de anlisis Nodal...16
Figura 2.4.- Metodos de levantamiento Artificial....19
Figura 2.5.- Ventana de Aplicacin de los Sistemas de Levantamiento....21
Figura 2.6.- Componentes de un Equipo de Bombeo Mecnico.23
Figura 2.7.- Componentes de Bombeo de Cavidad Progresiva..25
Figura 2.8.-Levantamiento por Inyeccin de Gas Continuo e Intermitente...29
Figura 2.9.- Sistema de Bombeo Electrosumergible.32
Figura 2.10.- Cabezal del Pozo de Bombeo Electrosumergible........................36
Figura 2.11.- Caja de conexiones...37
Figura 2.12.-Tablero de control (switchboard)...38
Figura 2.13.- Controlador de velocidad variable (VSD)........40
Figura 2.14.- Taps del panel del transformador.............41
Figura 2.15 .-Transformador primario (reductor)....42
Figura 2.16.- Transformador secundario (elevador)......43
Figura 2.17.- Componentes del equipo de subsuelo 44
Figura 2.18.- Motor electrosumergible.45
Figura 2.19.- Componentes bsicos del motor...46
Figura 2.20.- Protector o sello...49
Figura 2.21.- Bomba centrfuga multietapa.50
Figura 2.22.- Elementos del impulsor y del difusor... 51
Figura 2.23.- Recorrido del fluido..51
-
Figura 2.24.- Curva de rendimiento para una bomba.... 52
Figura 2.25.- Curva tornado de bomba electrosumergible dc750........... 53
Figura.2.26.- Bomba Recirculadora y tubo recirculador.........55
Figura 2.27.- Cable de extensin.......56
Figura 2.28.- Cable de potencia.............57
Figura 2.29.- Elementos del cable de potencia...... 58
Figura 2.30.- Separadores de gas..... .. 59
Figura 2.31.- Funcionamiento del sensor de fondo.... .. .61
Figura 2.32.- Succin o intake62
Figura 2.33.-Vlvula de retencin..63
Figura 2.34.- Vlvula de drenaje..................................64
Figura 2.35.- Bes con herramienta by-pass (y-tool)........64
Figura 2.36.- Seales de proteccin personal.........67
Figura 2.37.- Seales preventivas. .......68
Figura 2.38.- Seales de emergencia.......68
Figura2.39.-Seales reglamentarias.........69
Figura 2.40.- Diagrama de incertidumbre...71
Figura 3.1.- Curva IPR............84
Figura 4.1.- Mapa de ubicacin del campo Patujusal..............102
Figura 4.2.- Columna estratigrfica del campo Patujusal.. .104
Figura 4.3.- Historial de Produccion PJS-8...110
Figura 4.4.- Prdida de friccin del agua en el tubing....122
Figura 4.5.- Bombeo Electrosumergible con Bomba Recirculadora..132
Figura 4.6.-. Bombeo Electrosumergible con Bomba Recirculadora.132
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INDICE DE TABLAS
PAGINA
Tabla 2.1.- Series Y Rangos De Capacidad De Los Motores..47
Tabla 2.2.- Eficiencia de separacin de gas.......60
Tabla 2.3.- Equipos de superficie....73
Tabla 2.4.- Equipos Subsuperficial..74
Tabla 4.1.- Reservorio productor..105
Tabla 4.2.- Descripcin de Pozos de campo Patujusal107
Tabla 4.3.- Historial de presion pozo PJS-8...108
Tabla 4.4.- Historial de Produccion de Pozo PJS-8..109
Tabla 4.5.- Datos de produccin.112
Tabla. 4.6.- Condiciones del fluido del pozo.............112
Tabla 4.7.- Fuentes de energa elctrica...113
Tabla 4.8.- Resultados de los clculos del ejercicio del POZO PJS-8.129
Tabla 4.9.- Equipo de superficie.130
Tabla 4.10.- Equipo de subsuelo130
Tabla 5.1.- Criterios para interpretacin del valor actual neto.134
Tabla 5.2.- Criterios para interpretacin del TIR135
Tabla 5.3.- Costos de equipos de superficie..137
Tabla 5.4.- Costos de equipos subsuperficiales...137
Tabla 6.5.- Tabla VAN y TIR141
-
LISTA DE SMBOLOS Y ABREVIATURAS
BES Bombeo Electro Sumergible
IP ndice de Productividad
Pwf Presin de fondo fluyente [lpc]
Pf Presin esttica del yacimiento [lpc]
Pb Presin de burbujeo [lpc]
PIP Presin entrada de la bomba [lpc]
RGP (GOR) Relacin Gas Petrleo [PCN/BN]
Rs Relacin Gas Petrleo en solucin [PCN/BN]
T Temperatura [F]
DATUM Profundidad de plano de referencia[pie]
Q Flujo volumtrico [BPD]
Qmax Produccin total mxima [BPD]
Qd Produccin total deseado [BPD]
BPD Barril por da
BN Barriles a condiciones normales
BY Barriles a condiciones de yacimiento
cP centiPoise
mD miliDarcy
LPC Libra por Pulgada cuadrada
PCN Pie cbico a condiciones normales
TVD Profundidad vertical verdadera
MD Profundidad Medido
Bo Factor volumtrico del petrleo [BY/BN]
-
Bw Factor volumtrico de agua
Wc Corte de agua
TDH Altura total dinmica
API Gravedad del petrleo segn la norma de American Petroleum Institute
o Viscosidad del Petrleo
o Gravedad especfica
Densidad [g/cc]
Permeabilidad
r Permeabilidad relativa
Porosidad
e Porosidad Efectiva
Vsh Volumen de Arcilla
Rt Resistividad verdadera de la formacin [m]
Ro Resistividad de la roca saturada 100% de agua
Rw Resistividad de agua
a Coeficiente de tortuosidad
m Exponente de cementacin
n Exponente de saturacin
F Factor de formacin
-
RESUMEN EJECUTIVO
Bolivia es considerado un pas gasfero por sus grandes reservas en sus campos,
es as que exportamos nuestro excedente de gas a Argentina y Brasil. Pero
tambin debemos mencionar que contamos con campos petroleros, pero stos
son considerados campos pequeos por la poca produccin en barriles de
petrleo adems de estar siempre asociado con gas. Este petrleo esta destinado
al consumo interno.
Actualmente la poca produccin de petrleo va a nuestras refineras para ser
procesadas para luego ser comercializada. Siendo as Bolivia aun sigue
importando hidrocarburos para satisfacer el mercado interno.
En este proyecto propondremos un tipo de levantamiento artificial el cual aun no
se ha implementado en nuestro pas por la razn de que este es muy costoso en
relacin a otros, adems de que si se implementara no seria rentable.
Actualmente hay muchas compaas petroleras que ofrecen ste tipo de
levantamiento como ser:
BAKER HUGHES- Centrilift
SCHLUMBERGER- Reda
Como las principales compaas en el mundo en este tipo de levantamiento
artificial. Es asi que para este proyecto utilizaremos el de la empresa Baker
Hughes por ser la menos costosa entre todas las compaas adems de que
recientemente han diseado una nueva Bomba Electrosumergible con una bomba
recirculadora, la cual hace de este equipo tenga una vida til de hasta 65% ms
de la que tenia originalmente. El cual con esta Bomba recirculadora hace rentable
la implementacin en nuestros campos de Bolivia.
Se selecciono el campo Patujusal por ser un campo relativamente somero pero
sobre todo por ser un campo con alta relacin gas-petroleo, el cual es ideal para
este tipo de levantamiento artificial. Tambin se debe mencionar que todos los
pozos son producidos desde su inicio con algn tipo de levantamiento artificial.
-
La compaa Baker Hughes utiliza para el diseo del sistema de Bombeo
Electrosumergible el simulador AutograftPC o el manual de diseo de esta misma
compaa, el cual utilizaremos para este proyecto.
La implementacin de esta Bomba Electrosumergible con la bomba recirculadora
en pozo PJS-8 del campo Patujusal, se evidencio que el proyecto es rentable por
las siguientes razones:
Campo Patujusal - Pozo PJS-8
Tipo de levantamiento
Gas lift (Actual)
Bombeo Electrosumergible con bomba recirculadora
Produccin gas ( mes) 1135 MCP 1485 MCP
Produccin Petrleo (mes) 1689 BBL 2697 BBL
Mantenimiento 2.49 $us/Bbl 2.06 $us/Bbl
Se requiere aclarar en este proyecto que es rentable el Sistema de Bombeo
Electrosumergible con Bomba Recirculadora siempre y cuando sea un pozo nuevo
y no as un pozo antiguo que ya utilizo algn tipo de levantamiento artificial. El
cambio de sistema de levantamiento seria muy costoso y nada rentable. Por lo
cual uno de los principales objetivos es el demostrar que la implementacin es
rentable en pozos nuevos que necesiten de levantamiento artificial.
Se incremento la produccin ms del 45% tanto para el petrleo como para el gas,
adems de un ahorro significativo en el mantenimiento de equipo. Lo cual hace de
este proyecto sea rentable y aplicable.
En el siguiente cuadro mostraremos las caractersticas de Bombeo
Electrosumergible diferenciando de los otros tipos de levantamiento. A su vez se
podr diferenciar las ventajas y desventajas frente o otros tipos de levantamiento.
-
1
CAPITULO I
GENERALIDADES
1.1. INTRODUCCION
En Bolivia el gas y el petrleo son considerados como la principal fuente de
ingreso econmico, por lo cual cualquier trabajo o proyecto destinado a
recuperar o incrementar la productividad de los pozos es muy importante. La
implementacin de nuevas tecnologas de optimizacin en el tipo de
levantamiento artificial Bombeo Electrosumergible tienen el propsito de
rehabilitar y mejorar las condiciones de produccin en pozos que han dejado de
producir o en pozos donde su produccin es deficiente por el alto porcentaje de
gas y deficiencia en el funcionamiento del motor debido a los altos cambios de
temperatura.
Como objetivo en este proyecto se determinar la diferencia entre dos tcnicas
modernas de Levantamiento Artificial, Bombeo Electrosumergible Estndar y
Bombeo Electrosumergible utilizando Bomba Recirculadora de la empresa Baker
Hughes.
Mostraremos el desarrollo del campo Patujusal, donde se seleccion al Pozo
PJS-8 por su alta productividad de petrleo, que permita caracterizar a todo el
universo de estudio para poder realizar el diseo y optimizacin del Bombeo
Electrosumergible.
La investigacin realizada a los diferentes tipos de levantamiento artificial
servir para mejorar y optimizar el Bombeo Electrosumergible en pozos de bajo
caudal. Adems se podr extrapolar los resultados del estudio a pozos de los
distintos campos en Bolivia.
Si bien nuestro pas Bolivia es considerado gasfero, tambin existen campos
petroleros y es por esa razn que se tomara el campo Patujusal por considerarse
un pozo petrolero.
-
2
Este es el sistema de Bombeo Electrosumergible el cual ya incluye la bomba
recirculadora, el mismo que ser implementado en el pozo PJS-8.
Figura1.1.- Sistema completo de Bombeo Electrosumergible con bomba
recirculadora
Fuente.- Baker Hughes International; Centrilift; 2012
-
3
1.2. ANTECEDENTES
El presente estudio es accesible debido a que se cuenta con el apoyo de la
empresa BAKER HUGHES BOLIVIA la cual est a cargo de la implementacin
de esta nueva tecnologa, que brindar mediante informacin.
Figura 1.2.- Baker Hughes en el mundo con produccin artificial de Bombeo
Electrosumergible
Fuente.-Baker Hughes International; Produccin artificial Bombeo
Electrosumergible; 2012
1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.3.1 IDENTIFICACION DEL PROBLEMA
El Bombeo electrosumergible es un sistema integrado de levantamiento artificial,
considerado como un medio tcnico para producir altos volmenes de fluido
-
4
desde grandes profundidades en una variedad de condiciones de pozo.
La cavitacin es un problema que el equipo Bombeo Electrosumergible presenta,
se define como el proceso de formacin de una fase gaseosa en un lquido
cuando se reduce la presin a una temperatura constante.
Los efectos mas obvios de cavitacin son el ruido y la vibracin, los cuales son
causados por el colapso de las burbujas de vapor a medida que alcanzan la zona
mas alta de presin de impulsor. La vibracin causada por este efecto puede
resultar en la ruptura del eje y otras fallas por fatiga en la bomba.
La cavitacin tambin puede dar origen al desgaste de los componentes de la
bomba ocasionados por corrosin o erosin. En las bombas electrosumergibles
usadas en la industria del petrleo. Este problema no ocurrir si la bomba
Recirculadora est diseada adecuadamente y opera con suficiente presin de
entrada
En la industria petrolera el bloqueo por gas en una bomba electrosumergible se
presenta cuando existe una cantidad excesiva de gas libre en el fluido
bombeado a la entrada de la bomba. El bloqueo por gas puede considerarse como
una forma de cavitacin, debido a la presencia de gas libre en la bomba. En un
pozo que tenga una cantidad excesiva de gas libre, debe mantenerse una cierta
presin de succin para controlar la cantidad que ingresa a la bomba y evitar el
bloqueo por gas.
1.3.2 FORMULACION DEL PROBLEMA
La Bomba Recirculadora implementada en el sistema de Bombeo
Electrosumergible ayuda a lograr una reduccin de costo en los pozos de
mediano y bajo caudal. Mejora las prdidas de carga y la transferencia de calor
en los pozos de alto caudal. Donde no se usa cable capilar por debajo del
motor, la recirculacin permite que los qumicos acten sobre el mismo
-
5
1.4. OBJETIVOS Y ACCIONES DE LA INVESTIGACION
1.4.1 OBJETIVO GENERAL
Implementar una nueva tecnologa de una Bomba Recirculadora para la
Optimizacin en la produccin artificial de Sistema de Bombeo Electrosumergible en
el Pozo PJS-8 del campo Patujusal.
1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS Y ACCIONES DE LA INVESTIGACION
Dar a conocer los beneficios del sistema de Bombeo Electrosumergible en
Bolivia.
Evaluar la situacin inicial y actual del alto porcentaje de gas y cambio
de temperatura del motor del Bombeo Electrosumergible en el Pozo
seleccionado PJS-8.
Montaje del sistema de Bombeo Electrosumergible sin Bomba
Recirculadora.
Montaje del sistema de Bombeo Electrosumergible con Bomba
Recirculadora.
Determinar las tcnicas utilizadas en el control del gas y sus parmetros
de aplicacin.
Recopilar datos del Pozo PJS-8 para ser sometido a estudios de eficiencia
del motor del Bombeo Electrosumergible, control de temperatura y
produccin de gas.
Proponer una nueva tecnologa que permita optimizar la eficiencia del
equipo Bombeo Electrosumergible en la produccin en la implementacin
del pozo PJS-8.
Evaluar los resultados que se obtendrn a partir de la implementacin de la
nueva tecnologa Bomba Recirculadora en el sistema de Bombeo
Electrosumergible en Bolivia.
Establecer los beneficios de la implementacin de la nueva tecnologa de
la Bomba Recirculadora en el sistema de Bombeo Electrosumergible en el
pozo PJS-8.
-
6
Analizar econmicamente el proyecto.
Determinar las ventajas y desventajas que tiene esta nueva tecnologa
de Bomba Recirculadora optimizacin del equipo Bombeo
Electrosumergible en campos de Bolivia.
1.5 JUSTIFICACIN
1.5.1 JUSTIFICACIN TECNICA
El presente estudio de implementacin de la nueva tecnologa en el Pozo PJS-8
se realiza por que se quiere definir bajo las caractersticas del reservorio es
recomendable aplicar una Bomba Recirculadora en la Optimizacin del Bombeo
Electrosumergible.
Este anlisis dejar una base solida que permitir a futuras investigaciones
realizadas en pozos de bajo caudal del campo Patujusal, profundizar en la
caracterizacin de la Nueva Tecnologa, ya sea para un Sistema de Bombeo
Electrosumergible Estndar o para un Sistema de Bombeo Electrosumergible
utilizando Bomba Recirculadora.
Se trata de extrapolar los resultados del estudio a campos de Bolivia y no
nicamente a pozos del Campo Patujusal, ya que sera de beneficio para el pas
en general, siempre y cuando los pozos presenten alto porcentaje de gas y bajo
caudal.
Los resultados del proyecto permitirn generar un anlisis tcnico para la
seleccin de pozos de bajo caudal donde se pueda implementar la utilizacin de
una Bomba Recirculadora para la optimizacin del Bombeo Electrosumergible de
pozos del campo Patujusal.
1.5.2 JUSTIFICACIN ECONOMICA
La principal fuente econmica del Pas son los ingresos de los hidrocarburos, es
por esa razn que la produccin de petrleo por mtodos artificiales es requerida
cuando la energa natural asociada con los fluidos no produce una presin
diferencial suficientemente grande entre el yacimiento y la cavidad del pozo como
-
7
para levantar los fluidos del yacimiento hasta las instalaciones de superficie, o es
insuficiente para producir a niveles econmicos.
Con la implementacin de la Bomba Recirculadora en la produccin de petrleo
mediante la Bomba Electrosumergible los costos de produccin bajaran
considerablemente por las siguientes razones:
Mejora el rendimiento del motor de la bomba; por lo tanto mayor
produccin.
Menor corrosin del equipo de fondo.
Menos o ninguna detencin de la produccin para reparar alguna
herramienta.
El equipo de bomba electrosumergible con la bomba recirculadora de
Baker Hughes a comparacin de otras empresas, es mas econmica.
Alargar la vida til de todos los equipos.
El bombeo electrosumergible es un sistema integrado de levantamiento artificial,
es considerado como un medio econmico y efectivo para levantar altos
volmenes de fluido desde grandes profundidades en una variedad de condiciones
de pozo. Es ms aplicable en yacimientos con altos porcentajes de agua y alta
relacin gas-petrleo; sin embargo en la actualidad estos equipos han obtenido
excelentes resultados en la produccin de fluidos de alta viscosidad, en pozos
gasferos, en pozos con fluidos abrasivos, en pozos de altas temperaturas y de
dimetro reducido, etc.
1.5.3 JUSTIFICACIN SOCIAL
BAKER HUGHES INTERNATIONAL es una compaa con responsabilidad social,
comprometida con la proteccin de la gente, el medio ambiente y los recursos que
utiliza para suministrar productos y servicios de manera sostenible. Este
compromiso beneficia a empleados, clientes, accionistas y a las comunidades.
-
8
Actualmente Baker Hughes esta legalmente establecida en nuestro pais Bolivia;
pero aun no desarrollo el sistema de Bombeo Electrosumergible en la produccin
artificial [3].
1.5.4 JUSTIFICACIN MEDIO AMBIENTAL
Es poltica de BAKER HUGHES INTERNATIONAL conducir sus actividades
considerando la proteccin de la gente, de los bienes, de la propiedad intelectual y
del medio ambiente. El cumplimiento de este compromiso es facilitado por medio
de Sistemas de Gestin de Salud, Seguridad y Medio Ambiente que promueve.
La responsabilidad, el compromiso, la contribucin individual de empleados,
niveles gerenciales en planes y objetivos medibles que apuntan a la mejora
continua para alcanzar cero incidentes, conservacin de energa de recursos
naturales y prevencin de la contaminacin. La integracin de salud, seguridad y
medio ambiente en todas las actividades empresariales junto con la capacidad,
controles y medidas de proteccin fundamentadas en una evaluacin responsable
de los riesgos de salud, seguridad e impacto sobre el medio ambiente.
Colaboracin con clientes, autoridades, contratistas y otras partes interesadas
para mejorar los resultados generales en el cumplimiento de la legislacin
aplicable, normas y regulaciones pertinentes de la industria. Una cultura en la que
la autoridad para detener el trabajo es valorada como una participacin proactiva
en la inspeccin, evaluacin de sistemas y comunicacin del desempeo para el
conocimiento de niveles de alerta de crisis, planes de respuesta y manejo de
crisis. Asignacin de los recursos apropiados para el cumplimiento de esa poltica,
identificacin, gestin efectiva de riesgos de seguridad y proteccin de la
propiedad intelectual de BAKER HUGHES INTERNATIONAL[3].
1.6 ALCANCE
1.6.1 ALCANCE TEMATICO
Con ste proyecto se pretende llegar a todos los campos petrolferos en Bolivia
que necesiten de una produccin artificial y que adems sea rentable. No solo
-
9
viendo la diferencia entre produccin artificial bombeo electrosumergible estndar
y bombeo electrosumergible con bomba recirculadora que mejora la produccin en
gran manera, sino tambin ver las ventajas tecnolgicas y econmica. Pues la
empresa Baker Hughes Bolivia que se encuentra legalmente establecida en
nuestro pas brindando su servicio y ofreciendo nuevas tecnologas y econmicas
a diferencia de otras empresas.
Se lograra tener un estudio eficiente respecto a la nueva implementacin de la
bomaba recirculadora en el sistema de bombeo electrosumergible en el campo
Patujusal pozo PJS-8, lo cual ser un paramentro para proponer en los dems
campos petroleros existentes en nuestro pas.
1.6.2 ALCANCE GEOGRAFICO
1.6.2.1CAMPO PATUJUSAL.
El campo Patujusal est localizado en el departamento de Santa Cruz al noroeste,
en la culminacin oeste de la estructura PatujuSAL, 5 km. Al oeste del campo
Patujusal, sobre el lineamiento formado por los campos Los Cusis, Patujusal, Los
Penocos y Arroyo Negro; en la parte central norte del Boomerang Hills.
1.6.2.2CONSIDERACIONES ESTRATIGRAFICAS
La secuencia estratigrfica se mantiene sin alteraciones y es idntica a la del
campo Patujusal.
1.6.2.3CONSIDERACIONES ESTRUCTURALES
La estructura Patujusal es un suave plegamiento anticlinal de rumbo general SE-
NW, de aproximadamente 2.5 km. de largo y 1.5 km. de ancho, limitada en tres
direcciones por fallas distensivas y cierre estructural en su flanco S
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10
Figura 1.3.- Campo Patujusal
Fuente.- Ministerio de Hidrocarburos & Energa; Campos gasferos y petrolero
de Bolivia; 2012
3 Baker Hughes; Centrilift Pump Recirculation 10 Maggiolo,Raul; Analisis Nodal y flujo multifasico; ESP OIL; 2009 8 Diaz Rioja, Carlos; Libro completo de Produccion; Anaco;2011
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11
CAPITULO 2
CONCEPTOS DE BOMBEO ELECTRECTROSUMERGIBLE
2.1 INTRODUCCION.
El objetivo de perforar y completar un pozo petrolero, es llevar el petrleo y el
gas desde su ubicacin original en el reservorio hasta la superficie. El
movimiento o transporte de esos fluidos requiere energa para vencer prdidas
por friccin en el sistema y elevar la produccin hacia la superficie. Los
fluidos deben viajar a travs del reservorio, sistema de tuberas y por ltimo a
travs de los separadores de gas lquido.
El sistema de produccin est formado por el yacimiento, la completacin, el
pozo y las facilidades de superficie. El yacimiento es una o varias unidades de
flujo del subsuelo creadas e interconectadas por la naturaleza,
mientras que la completacin (perforaciones caoneo), el pozo y las
facilidades de superficie es infraestructura construida por el hombre para la
extraccin, control, medicin, tratamiento y transporte de los fluidos
hidrocarburos extrados de los yacimientos, en la figura N 2.1 se observa el
sistema de produccin de hidrocarburos y sus componentes [8].
2.1.1 PROCESO DE PRODUCCIN.
El proceso de produccin en un pozo de petrleo, comprende el recorrido de
los fluidos desde el radio externo de drenaje en el yacimiento hasta el
separador de produccin en la estacin de flujo. En la figura se muestra el
sistema completo con cuatro componentes claramente identificados:
Yacimiento, Completacin, Pozo, y Lnea de Flujo Superficial. Existe una
presin de partida de los fluidos en dicho proceso que es la presin esttica del
yacimiento, Pws, y una presin final o de entrega que es la presin del
separador en la estacin de flujo, Psep [6].
-
12
Figura 2.1.- Sistema de produccin natural.
Fuente.- Pagina web: www.petroblog.com
2.2 RECORRIDO DE LOS FLUIDOS EN EL SISTEMA
2.2.1TRANSPORTE EN EL YACIMIENTO El movimiento de los fluidos
comienza en el yacimiento a una distancia re del pozo donde la presin es
Pws, viaja a travs del medio poroso hasta llegar a la cara de la arena o radio
del hoyo, rw, donde la presin es Pwfs. En este mdulo el fluido pierde energa
en la medida que el medio sea de baja capacidad de flujo (Ko.h), presente
restricciones en la cercanas del hoyo (dao, S) y el fluido ofrezca resistencia al
flujo (o). Mientras ms grande sea el hoyo mayor ser el rea de
comunicacin entre el yacimiento y el pozo mejorando el ndice de
productividad del pozo. La perforacin de pozos horizontales aumenta
sustancialmente el ndice de productividad del pozo.
2.2.2TRANSPORTE EN LAS PERFORACIONES: Los fluidos aportados por el
yacimiento atraviesan la completacin que puede ser un revestidor de
produccin
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13
cementado y perforado, normalmente utilizado en formaciones consolidadas, o
un empaque con grava, normalmente utilizado en formaciones poco
consolidadas para el control de arena. En el primer caso la prdida de energa
se debe a la sobrecompactacin o trituracin de la zona alrededor del tnel
perforado y a la longitud de penetracin de la perforacin; en el segundo caso
la perdida de energa se debe a la poca rea expuesta a flujo. AL atravesar la
completacin los fluidos entran al fondo del pozo con una presin Pwf.
2.2.3 TRANSPORTE EN EL POZO: Ya dentro del pozo los fluidos ascienden a
travs de la tubera de produccin venciendo la fuerza de gravedad y la friccin
con las paredes internas de la tubera. Llegan al cabezal del pozo con una
presin Pwh.
2.2.3 TRANSPORTE EN LA LNEA DE FLUJO SUPERFICIAL: Al salir del
pozo si existe un reductor de flujo en el cabezal ocurre una cada brusca de
presin que depender fuertemente del dimetro del orificio del reductor, a
la descarga del reductor la presin es la presin de la lnea de flujo, Plf,
luego atraviesa la lnea de flujo superficial llegando al separador en la estacin
de flujo, con una presin igual a la presin del separador Psep, donde se
separa la mayor parte del gas del petrleo [8].
2.3 REDUCCION DE PRESION EN LOS DIFERENTES COMPONENTES DEL
SISTEMA DE PRODUCCION.
La cada de presin a travs de todo el sistema, incluyendo el flujo a travs del
medio poroso hasta el pozo, ser el diferencial entre las presiones de los
contornos del sistema; es decir, la presin promedio del yacimiento en el radio
de drenaje y la presin en el separador. Esta cada de presin corresponde a la
sumatoria de las cadas de presin ocurridas en cada uno de los componentes
y subcomponentes del sistema de flujo; o sea, medio poroso, tubera vertical,
tubera horizontal, vlvulas, reductores de flujo, intervalo caoneado,
separador, etc.
Puesto que la cada de presin a travs de cualquier componente o
-
14
subcomponente del sistema depende de la velocidad de las partculas de
fluidos en movimiento y, por ende, del caudal de flujo y del rea normal abierta
al flujo, la tasa de produccin estar controlada por las caractersticas de estos
componentes y subcomponentes. Teniendo en cuenta la interaccin existente
entre todos y cada uno de ellos, puesto que cualquier cambio o alteracin de
las condiciones de flujo en alguno de ellos afectar en mayor o menor grado
las condiciones de flujo de los restantes, se puede inferir que todo sistema
de produccin debe ser tratado y manejado de manera integral. De esta
forma, su diseo final estar basado tanto en los comportamientos esperados
del yacimiento y del flujo vertical y horizontal, como en los subcomponentes
agregados tales como reductores, vlvulas, codos, etc. As, los criterios de
seleccin de las caractersticas, tamao, dimetro, etc., de los elementos del
sistema debern estar fundamentados en un anlisis fsico riguroso, aunque
generalmente aproximado, del sistema de flujo como un todo, de manera
integral, en correspondencia con las expectativas de potencial de
produccin y de tasas de produccin por pozo adecuadas para drenar el
yacimiento de manera eficiente [8]. En la figura N 2.2 se presenta un grfico
ilustrativo del perfil de presin a travs de toda la trayectoria del flujo en un
sistema de produccin.
Figura 2.2.- Distribucin de Presiones en el Sistema de Produccin
Fuente.- Baker Hughes; Centrilift; 2012
-
15
2.4 CAPACIDAD DE PRODUCCIN DEL SISTEMA.
La capacidad de produccin del sistema est representada a travs de la tasa
de produccin del pozo, y esta es consecuencia de un perfecto balance
entre la capacidad de aporte de energa del yacimiento y la demanda de
energa de la instalacin [17].
2.5 CURVAS DE OFERTA Y DEMANDA DE ENERGA EN EL FONDO DEL
POZO.
Tradicionalmente el balance de energa se realizaba en el fondo del pozo, pero
la disponibilidad actual de simuladores del proceso de produccin permite
establecer dicho balance en otros puntos (nodos) de la trayectoria del proceso:
cabezal del pozo, separador, etc.
Para realizar el balance de energa en el nodo se asumen convenientemente
varias tasas de flujo y para cada una de ellas, se determina la presin con la
cual el yacimiento entrega dicho caudal de flujo al nodo, y a la presin
requerida en la salida del nodo para transportar y entregar dicho caudal en el
separador con una presin remanente igual a Psep.
Por ejemplo, s el nodo esta en el fondo del pozo:
Presin de llegada al nodo: Pwf (oferta) = Pws - Py Pc
Presin de salida del nodo: Pwf (demanda)= Psep + PI + Pp
En cambio, si el nodo esta en el cabezal del pozo:
Presin de llegada al nodo: Pwh (oferta) = Pws py pc - Pp
Presin de salida del nodo: Pwh (demanda) = Psep + Pl
La representacin grfica de la presin de llegada de los fluidos al nodo en
funcin del caudal o tasa de produccin se denomina curva de oferta de
energa o de fluidos del yacimiento (Inflow Curve), y la representacin grfica
de la presin requerida a la salida del nodo en funcin del caudal de
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16
produccin se denomina curva de demanda de energa o de fluidos de la
instalacin (Outflow Curve). En la figura N 2.3 se ilustra la curva de oferta y
demanda con el balance de energa en el fondo del pozo[17].
Figura 2.3.- Muestra grafica de anlisis Nodal.
Fuente.- Baker Hughes; Centrilift; 2012
2.6 BALANCE DE ENERGA Y CAPACIDAD DE PRODUCCIN
El balance de energa entre la oferta y la demanda puede obtenerse numrica
y grficamente, y el caudal al cual se obtiene dicho balance representa la
capacidad de produccin del sistema.
Para realizarlo numricamente consiste en asumir varias tasas de produccin y
calcular la presin de oferta y demanda en el respectivo nodo hasta que ambas
presiones se igualen, el ensayo y error es necesarios ya que no se puede
resolver analticamente por la complejidad de las formulas involucradas en el
clculo de las
Ps en funcin del caudal de produccin. Para obtener grficamente la
solucin, se dibujan ambas curvas en un papel cartesiano y se obtiene el
caudal donde se interceptan [17].
Para obtener la curva de oferta en el fondo del pozo es necesario disponer de un
-
17
modelo matemtico que describa el comportamiento de afluencia de la arena
productora, ello permitir computar P y adicionalmente se requiere un
modelo matemtico para estimar la cada de presin a travs del caoneo o
perforaciones (Pc) y para obtener la curva de demanda en el fondo del pozo es
necesario disponer de correlaciones de flujo multifsico en tuberas que permitan
predecir aceptablemente PI y Pp. Las ecuaciones que rigen el comportamiento
de afluencia a travs del yacimientocompletacin y el flujo multifsico en
tuberas sern tratados en las prximas secciones [17].
2.7 OPTIMIZACIN DEL SISTEMA
Una de las principales aplicaciones de los simuladores del proceso de
produccin es optimizar el sistema lo cual consiste en eliminar o minimizar las
restricciones al flujo tanto en la oferta como en la demanda, para ello es
necesario la realizacin de mltiples balances con diferentes valores de las
variables ms importantes que intervienen en el proceso, para luego,
cuantificar el impacto que dicha variable tiene sobre la capacidad de
produccin del sistema. La tcnica puede usarse para optimizar la
completacin de pozo que aun no ha sido perforado, o en pozos que
actualmente producen quizs en forma ineficiente.
Para este anlisis de sensibilidad la seleccin de la posicin del nodo es
importante ya que a pesar de que la misma no modifica, obviamente, la
capacidad de produccin del sistema, si interviene tanto en el tiempo de
ejecucin del simulador como en la visualizacin grfica de los resultados. El
nodo debe colocarse justamente antes (extremo aguas arriba) o despus
(extremo aguas abajo) del componente donde se modifica la variable. Por
ejemplo, si se desea estudiar el efecto que tiene el dimetro de la lnea de flujo
sobre la produccin del pozo, es ms conveniente colocar el nodo en el
cabezal o en el separador que en el fondo del pozo. La tcnica puede usarse
para optimizar pozos que producen por flujo natural o por
Levantamiento Artificial [17].
-
18
2.8 MTODOS DE PRODUCCIN: FLUJO NATURAL Y LEVANTAMIENTO
ARTIFICIAL.
Cuando existe una tasa de produccin donde la energa con la cual el
yacimiento oferta los fluidos, en el nodo, es igual a la energa demandada por
la instalacin (separador y conjunto de tuberas: lnea y eductor), se dice
entonces que el pozo es capaz de producir por FLUJO NATURAL. Cuando la
demanda de energa de la instalacin, en el nodo, es siempre mayor que
la oferta del yacimiento para cualquier tasa de flujo, entonces se requiere el
uso de una fuente externa de energa para lograr conciliar la oferta con la
demanda; la utilizacin de esta fuente externa de energa con fines de levantar
los fluidos desde el fondo del pozo hasta el separador es lo que se denomina
mtodo de LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL. Entre los mtodos de
levantamiento Artificial de mayor aplicacin en la Industria Petrolera se
encuentran: el levantamiento Artificial por Gas (L.A.G), Bombeo Mecnico
(B.M.C) por cabillas de succin, Bombeo Electro-Centrifugo Sumergible
(B.E.S), Bombeo de Cavidad Progresiva (B.C.P) y Bombeo Hidrulico (B.H.R y
B.H.J).
2.8.1 LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL DE HIDROCARBUROS.
Cuando el pozo deja de producir por flujo natural, se requiere el uso de una
fuente externa de energa para conciliar la oferta con la demanda de energa.
La utilizacin de esta fuente es con el fin de levantar los fluidos desde el fondo
del pozo hasta el separador, es lo que se denomina levantamiento artificial.
El propsito de los mtodos de levantamiento artificial es minimizar los
requerimientos de energa en la cara de la formacin productora, con el objeto
de maximizar el diferencial de presin a travs del yacimiento y provocar, de
esta manera, la mayor afluencia de fluidos, sin que generen problemas de
produccin: Arenamiento, conificacin de agua, etc. En la figura N 2.4 se
ilustran los diferentes mtodos de levantamiento artificial con sus principales
caractersticas [17]
-
19
Figura 2.4.- Metodos de levantamiento Artificial.
Fuente.- Pagina web www.weatherford.com/als.lift
2.9 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIN DEL MTODO DE
LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL.
Una vez que el pozo es perforado, lo ideal es que el mismo produzca por flujo
natural. Es la manera ms econmica de producir el yacimiento.
Ms de un 90 % de los pozos de la corporacin petrolera producen asistidos
por un mtodo de levantamiento artificial.
Los cambios de mtodos de levantamiento deben aplicarse previo a un anlisis
tcnico y econmico que involucre el ciclo de vida del activo, desde su
adquisicin hasta su desincorporacin.
Existen oportunidades de optimar el gasto energtico, reducir los costos de
levantamiento y liberacin del gas de levantamiento para comercializacin.
La tendencia de la poblacin de sistema BES y BCP es al aumento.
-
20
Las ventanas de aplicacin estn sujetas a cambios debido a mejoras
tecnolgicas incorporadas por los fabricantes.
Se debe hacer un estudio detallado en cada campo para determinar, que
mtodo de levantamiento artificial se puede usar, definir las especificaciones
tcnicas de los equipos y establecer las mejores prcticas. Estas se deben
incorporar en los procesos licitatorios futuros.
Es necesario promover intercambios tecnolgicos de experiencias entre
departamentos de mtodos de produccin, optimizacin de los distintos
campos de la corporacin [17].
Los sistemas de levantamiento artificial en pozos petroleros en los cuales ya no
fluyen en forma natural, estn conformados por equipos de subsuelo y de
superficie diseados de acuerdo con las condiciones de cada campo,
dependiendo especialmente de las caractersticas de los fluidos presentes en
un yacimiento y de las condiciones especificas de cada pozo y del yacimiento.
En necesario que las personas que dirigen, operan y mantienen un campo
petrolero, conozcan los principios y procedimientos operativos de los equipos
utilizados en la extraccin de crudo para mejorar sus conocimientos y
competencias en el proceso de extraccin de fluidos. Los supervisores,
tcnicos de mantenimiento y operadores, compaas de servicio que
suministran o mantienen estos equipos, deben identificar la importancia y el
manejo de las principales variables que inciden en las operaciones de
extraccin de fluidos en los campos petroleros, basados, tanto en los aspectos
tericos, como en la experiencia de campo.
Podemos observar en la figura N 2.8 la ventana de aplicacin de los mtodos
de levantamiento artificial bajo diferentes parmetros.
3 Baker Hughes; Centrilift Pump Recirculation;2012 14 Pgina web: www.petrobloguer:com/bombeoelectrosumergilble
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21
Figura 2.5.- Ventana de Aplicacin de los Sistemas de Levantamiento.
Fuente.- www.petrobloguer.com
2.9.1 BOMBEO MECANICO (BM).
El bombeo mecnico es un procedimiento de succin y transferencia casi
continua del petrleo hasta la superficie. La unidad de superficie genera el
movimiento de sube y baja a la sarta de varillas de succin que mueve el pistn
de la bomba, colocada en la sarta de produccin, a cierta profundidad del fondo
del pozo. Este mtodo consiste fundamentalmente en una bomba de subsuelo de
accin reciprocante. La energa proviene de un motor elctrico o de combustin
interna, la cual moviliza una unidad de superficie mediante un sistema de
engranajes y correas. El Bombeo Mecnico Convencional tiene su principal
aplicacin en el mbito mundial en la produccin de crudos pesados y extra
pesados, aunque tambin se usa en la produccin de crudos medianos y
-
22
livianos. No se recomienda en pozos desviados y tampoco es recomendable
cuando la produccin de slidos y/o la relacin gas lquido sea muy alta, ya que
afecta considerablemente la eficiencia de la bomba.
En la figura N 2.5 se ilustra los componentes del bombeo mecnico [17].
2.9.1.1 Ventajas del sistema de bombeo mecnico de petrleo:
Fcil de operar y de hacer mantenimiento.
Puede usarse en crudos pesados y extrapesados.
Se puede cambiar fcilmente de tasa de produccin por cambio en la
velocidad de bombeo. Puede bombear el pozo a una muy baja presin
de entrada para obtener la mxima produccin.
Usualmente es la ms eficiente forma de levantamiento artificial. Se
puede intercambiar fcilmente de unidades de superficie.
Se puede usar motores a gas como motores primarios s la electricidad
no esta disponible.
Se puede usar la bomba con el control apagado para minimizar la carga
del fluido, costos de electricidad y las fallas de varilla.
Puede ser monitoreada remotamente con un sistema de control de
supervisin de bomba.
Se puede usar computadoras modernas de anlisis dinamomtrico
para la optimizacin del sistema.
2.9.1.2 Desventajas del sistema de bombeo mecnico de petrleo:
Es problemtico en pozos con alta desviacin.
No puede ser usada en pozos costa afuera por los grandes equipos de
superficie y la limitada capacidad de produccin es comparada con otros
mtodos.
No puede funcionar con excesiva produccin de arena.
La eficiencia volumtrica cae drsticamente cuando se tiene gas libre.
La tasa de produccin cae con la profundidad comparado con otros
mtodos de levantamiento artificial.
-
23
Es obstrusivo en reas urbanas.
Figura 2.6.- Componentes de un Equipo de Bombeo Mecnico
Fuente.- Baker Hughes; Centrilift; 2012
2.9.2 BOMBEO DE CAVIDAD PROGRESIVA (BCP).
El Bombeo por Cavidad Progresiva proporciona un mtodo de levantamiento
artificial que se puede utilizar en la produccin de fluidos muy viscosos y posee
pocas partes mviles por lo que su mantenimiento es relativamente sencillo
(Figura N2.6).
Un sistema BCP consta bsicamente de un cabezal de accionamiento en
superficie y una bomba de fondo compuesta de un rotor de acero, en forma
helicoidal de paso simple y seccin circular, que gira dentro de un estator de
elastmero vulcanizado.
La operacin de la bomba es sencilla; a medida que el rotor gira
excntricamente dentro del estator, se van formando cavidades selladas entre
las superficies de ambos, para mover el fluido desde la succin de la bomba
hasta su descarga.
-
24
El estator va en el fondo del pozo enroscado a la tubera de produccin con un
empaque no sellante en su parte superior. El dimetro de este empaque debe
ser lo suficientemente grande como para permitir el paso de fluidos a la
descarga de la bomba sin presentar restriccin de ningn tipo, y lo
suficientemente pequeo como para no permitir el paso libre de los acoples de
la extensin del rotor.
El rotor va roscado en las varillas por medio del nple espaciador o intermedio,
las varillas son las que proporcionan el movimiento desde la superficie hasta la
cabeza del rotor. La geometra del conjunto es tal, que forma una serie de
cavidades idnticas y separadas entre s. Cuando el rotor gira en el interior del
estator estas cavidades se desplazan axialmente desde el fondo del estator
hasta la descarga generando de esta manera el bombeo por cavidades
progresivas. Debido a que las cavidades estn hidrulicamente selladas entre
s, el tipo de bombeo es de desplazamiento positivo.
La instalacin de superficie est compuesta por un cabezal de rotacin, que
est conformado, por el sistema de transmisin y el sistema de frenado. Estos
sistemas proporcionan la potencia necesaria para poner en funcionamiento al a
bomba de cavidades progresivas [17].
Otro elemento importante en este tipo de instalaciones es el sistema de
anclaje, que debe impedir el movimiento rotativo del equipo ya que, de lo
contrario, no existir accin de bombeo. En vista de esto, debe conocerse la
torsin mxima que puede soportar este mecanismo a fin de evitar daos
innecesarios y mala operacin del sistema.
El nple de asentamiento o zapato, en el que va instalado y asegurado al
sistema de anclaje, se conecta a la tubera de produccin permanentemente
con lo cual es posible asentar y desasentar la bomba tantas veces como sea
necesario. La figura 2.6 muestra los componentes de un sistema de bombeo
de cavidad progresiva [8].
-
25
Figura 2.7.- Componentes de Bombeo de Cavidad Progresiva
Fuente.- Baker Hughes; Centrilift; 2012
2.9.2.1 Ventajas de los sistemas de bombeo de cavidad progresiva:
Los sistemas BCP tienen algunas caractersticas nicas que los hacen
ventajosos con respecto a otros mtodos de levantamiento artificial, una de sus
cualidades ms importantes es su alta eficiencia total. Tpicamente se obtienen
eficiencias entre 50 y 60 %. Otras ventajas adicionales de los sistemas BCP
son:
Produccin de fluidos altamente viscosos (2000-500000) cp.
-
26
La inversin de capital es del orden del 50% al 25% del de las unidades
convencionales de bombeo, dependiendo del tamao, debido a la
simplicidad y a las pequeas dimensiones del cabezal de accionamiento.
Los costos operativos son tambin mucho ms bajos. Se seala ahorros
de energa de hasta 60% al 75% comparado con unidades
convencionales de bombeo eficiente. El sistema de accionamiento es
tambin eficiente a causa de que las varillas de bombeo no se levantan y
bajan, solo giran.
Los costos de transporte son tambin mnimos, la unidad completa
puede ser transportada con una camioneta.
Opera eficientemente con arena debido a la resistencia del material del
estator y al mecanismo de bombeo.
La presencia de gas no bloquea la bomba, pero el gas libre a la succin
resta parte de su capacidad, como sucede con cualquier bomba,
Amplo rango de produccin para cada modelo, rangos de velocidades
recomendados desde 25 hasta 500 RPM, lo que da una relacin de 20 a 1
en los caudales obtenidos. Este rango se puede obtener sin cambio de
equipo.
La ausencia de pulsaciones en la formacin cercana al pozo generar
menor produccin de arena de yacimientos no consolidados. La
produccin de flujo constante hace ms fcil la instrumentacin.
El esfuerzo constante en la sarta con movimientos mnimos disminuye el
riesgo de fallas por fatiga y la pesca de varillas de bombeo.
Su pequeo tamao y limitado uso de espacio en superficies, hacen que
la unidad BPC sea perfectamente adecuada para locaciones con pozos
mltiples y plataformas de produccin costa fuera.
El bajo nivel de ruido y pequeo impacto visual la hace ideal para
reas urbanas.
Ausencia de partes reciprocantes evitando bloqueo o desgaste de las
partes mviles.
Simple instalacin y operacin.
-
27
2.9.2.2 Desventajas de los sistemas de bombeo de cavidad progresiva:
Los sistemas BCP tambin tienen algunas desventajas en comparacin
con los otros mtodos. La ms significativa de estas limitaciones se
refiere a las capacidades de desplazamiento y levantamiento de la
bomba, as como la compatibilidad de los elastmeros con ciertos
fluidos producidos, especialmente con el contenido de componentes
aromticos:
Resistencia a la temperatura de hasta 280F o 138C (mxima de 350F
o 178C).
Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastmeros pueden hincharse
o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por perodos
prolongados de tiempo).
Tendencia del estator a dao considerable cuando la bomba trabaja en
seco por perodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se
obstruye la succin de la bomba, el equipo comienza a trabajar en seco)
Desgaste por contacto entre la varilla y la caera de produccin en
pozos direccionales y horizontales.
Requieren la remocin de la tubera de produccin para sustituir la
bomba (ya sea por falla, por adecuacin o por cambio de sistema).
2.9.3 LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS (LAG)
El levantamiento artificial por gas (LAG), utiliza gas comprimido a alta presin
como fuente externa de energa. El gas es inyectado en un punto de la columna
de fluidos en la tubera de produccin, reduciendo su peso, de esta manera la
energa del yacimiento, ser suficiente para transportar los fluidos desde el fondo
hasta la superficie. Los Mecanismos involucrados en este proceso son:
Disminucin de la densidad, expansin del gas inyectado y desplazamiento del
lquido.
Existen dos tipos de levantamiento artificial por gas (figura N 2.7): Por flujo
continuo que se considera una extensin del mtodo de produccin por flujo
natural y esto consiste en suplir el gas de formacin mediante la inyeccin
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continua de gas en la columna de fluidos, con la finalidad de aligerar el peso de
sta; y por flujo intermitente que se inyecta cclica e instantneamente un alto
volumen de gas comprimido en la tubera de produccin, con el propsito de
desplazar, hasta la superficie, la columna o tapn de fluido que aporta la arena
por encima del punto de inyeccin [9].
2.9.3.1 Equipos de superficie.
a) Planta compresora:
Es donde se realiza el proceso de comprimir el gas de baja a alta presin.
Puede ser centrfuga (turbina) o reciprocante (moto-compresor). Recibe el gas
de baja, el cual puede provenir de los pozos, lo comprime a su capacidad, lo
enva como gas de alta presin a la red de distribucin y, de all, a cada pozo.
b) Sistema de distribucin de gas:
La red de distribucin, la cual puede ser del tipo ramificado o poseer un
mltiple de distribucin, es la encargada de transportar el gas y distribuirlo a
cada pozo. La presin y el volumen de gas que llega al pozo dependern de la
presin y el volumen disponibles en la planta compresora, menos la prdida
que se origina en el sistema de distribucin.
El equipo utilizado para la medicin y el control est conformado por el
registrador de dos plumas, a travs del cual se miden las presiones de
inyeccin y produccin; el estrangulador ajustable, la placa orificio donde se
regula y controla el gas de inyeccin, las vlvulas de bloqueo mediante las
cuales se controla el contraflujo que se pueda generar.
c) Sistema de recoleccin de fluidos:
Est formado por las lneas de flujo, encargadas de transportar el fluido haca
el separador, donde se separan la fase lquida, la cual es transportada a los
tanques, y la fase gaseosa, que es enviada a la planta compresora.
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29
2.9.3.2 Equipo de subsuelo.
Los componentes del equipo de subsuelo, en este tipo de levantamiento, son los
mandriles y las vlvulas de inyeccin. La cantidad o nmero de mandriles y
vlvulas requeridas depender fuertemente de la presin de inyeccin disponible.
a) Mandriles:
Son tuberas con diseos especiales. En sus extremos poseen roscas para
conectarse a la sarta de produccin formando, de este modo, parte integrada
de ella. Sirven de receptculo para instalar la vlvula de levantamiento o
inyeccin a la profundidad que se necesite.
b) Vlvulas:
Son dispositivos que se colocan en los bolsillos de los mandriles que calibran a
una presin de apertura segn el diseo del sistema los cuales permiten el
paso del gas inyectado desde el espacio anular hasta el interior de la tubera
de produccin.
Figura 2.8.-Levantamiento por Inyeccin de Gas Continuo e Intermitente
Fuente. Baker Hughes; Centrilift; 2012
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2.9.3.2.1 Ventajas del mtodo de levantamiento artificial por gas:
Gran flexibilidad para producir con diferentes tasas.
Puede ser utilizado en pozos desviados usando mandriles especiales.
Ideal para pozos de alta relacin gas-lquido y con produccin de arena.
Se pueden producir varios pozos desde una sola planta o plataforma.
El equipo del subsuelo es sencillo y de bajo costo. Bajo costo de
operacin.
2.9.3.2.2 Desventajas del mtodo de levantamiento artificial por gas:
Se requiere una fuente de gas de alta presin.
No es recomendable en instalaciones con revestidores muy viejos y
lneas de flujo muy largas y de pequeo dimetro.
El gas de inyeccin debe ser tratado.
No es aplicable en pozos de crudo viscoso y/o parafinoso. Su diseo es
laborioso.
Aplicable a pozos de hasta ms de 10.000 pies de profundidad.
2.9.4 BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE (BES).
El sistema de bombeo electrosumergible, se ha constituido en uno de los ms
importantes sistemas de levantamiento artificial para la produccin de petrleo,
este sistema se adapta a diversas condiciones del pozo tales como: pozos con
alto corte de agua, produccin de fluidos de alta viscosidad, pozos con altas
temperaturas, entre otros.
El mtodo consiste en levantar el fluido del pozo por medio de una bomba
centrfuga multietapas. La energa requerida por la bomba es generada por un
motor elctrico de fondo el cual recibe la corriente a travs de un cable elctrico
que va desde superficie[5]..
5 Baker Hughes-Centrilift; Electrical Submersible Pump & Equipment
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31
Un sistema de bombeo electrosumergible, se compone de elementos de
superficie y elementos de fondo que estn ntimamente ligados para el correcto
funcionamiento del equipo.
Para un mejor entendimiento de la operacin de una bomba electrosumergible
se requieren ciertos fundamentos bsicos de electricidad e hidrulica, descritos
posteriormente.
REDA - Schlumberger
CENTRILIFT Baker Hughes
ESP - WOOD GROUP
2.9.4.1 Aplicaciones del bombeo electrosumergible.
Este es un mtodo de levantamiento artificial altamente eficiente y aplicables
para la produccin de crudos livianos y medianos con baja presin de fondo,
alta relacin agua-petrleo, baja relacin gas-petrleo y con alto levantamiento
o energa. Sin embargo, es uno de los mtodos de extraccin de crudo que
exige mayor requerimiento de supervisin, anlisis y control, a fin de
garantizar el adecuado comportamiento del sistema.
ste ha probado ser un sistema artificial de produccin eficiente y econmica.
En la actualidad ha cobrado mayor importancia debido a la variedad de casos
industriales en los que es ampliamente aceptado.
En la industria petrolera, comparativamente con otros sistemas artificiales de
produccin tiene ventajas y desventajas, debido a que por diversas
razones no siempre puede resultar el mejor.
El sistema de bombeo electrosumergible (BES) ha demostrado ser una alternativa
altamente eficiente para la produccin de crudos livianos y medianos en el mbito
mundial, gracias a las ventajas que proporciona en comparacin con cualquier
otro mtodo de levantamiento artificial. Este sistema posee la capacidad de
manejar grandes volmenes de crudo, desde 150 hasta 100.000 barriles por da
(BPD), desde profundidades hasta de 4.572 metros. Adems de esto, el sistema
BES permite controlar y programar la produccin dentro de los lmites del pozo, a
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travs del empleo del variador de frecuencia. Otro de los beneficios que
proporciona este mtodo, es la indicacin contina de las condiciones de presin
y temperatura en el pozo, gracias a las seales transmitidas por el censor
de presin y temperatura ubicado en el fondo pozo [5].
2.9.4.2 Principio de funcionamiento.
Tiene como principio fundamental levantar el fluido del reservorio hasta la
superficie, mediante la rotacin centrfuga de la bomba electrosumergible.
La potencia requerida por dicha bomba es suministrada por un motor elctrico
que se encuentra ubicado en el fondo del pozo; la corriente elctrica, necesaria
para el funcionamiento de dicho motor, es suministrada desde la superficie, y
conducida a travs del cable de potencia hasta el motor.
El Sistema BES representa uno de los mtodos ms automatizables y fcil de
mejorar, y est constituido por equipos complejos y de alto costo, por lo que se
requiere, para el buen funcionamiento de los mismos, de la aplicacin
de herramientas efectivas para su supervisin, anlisis y control [5]
Figura 2.9.- Sistema de Bombeo Electrosumergible.
Fuente.- Baker Hughes; Centrilift; 2012
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2.9.4.3 Ventajas del bombeo electrosumergible.
Puede levantar altos volmenes de fluidos.
Maneja altos cortes de agua (Aplicables en costa a fuera). Puede usarse
para inyectar fluidos a la formacin.
Su vida til puede ser muy larga.
Trabaja bien en pozos desviados
No causan destrucciones en ambientes urbanos
Fcil aplicacin de tratamientos contra la corrosin y formaciones de
escamas. No tiene casi instalaciones de superficie a excepcin de un
control de velocidad
del motor.
La motorizacin es elctrica exclusivamente y el motor se encuentra en
la bomba misma al fondo del pozo.
Su tecnologa es la ms complicada y cara pero son preferidas en caso
de tener que elevar grandes caudales.
2.9.4.4 Limitaciones del bombeo electrosumergible.
Inversin inicial muy alta. Alto consumo de potencia.
No es rentable en pozos de baja produccin.
Los cables se deterioran al estar expuestos a temperaturas elevadas.
Susceptible a la produccin de gas y arena.
Su diseo es complejo.
Las bombas y motor son susceptibles a fallas.
Es un sistema difcil de instalar y su energizacin no siempre es
altamente confiable.
En cuanto al costo de instalacin, es el ms alto, pero el mantenimiento
de superficie es mnimo y limitado a los componentes electrnicos de los
variadores de velocidad y protecciones elctricas [5]
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2.9.4.5 Parmetros para la aplicacin del bombeo electrosumergible.
Temperatura: limitado por > 350F para motores y cables especiales.
Presencia de gas: saturacin de gas libre < 10%
Presencia de arena: < 200 ppm. Viscosidad: limite cercano a los 200 cps.
Profundidad: 6000 8000 pies
Tipo de completacin: Tanto en pozos verticales, como desviados.
Volumen de fluido: hasta 4000 BPD [5].
2.9.4.6 Componentes del sistema de bombeo electrosumergible.
Una unidad tpica convencional del Sistema de Bombeo Electrosumergible se
compone bsicamente de equipos de subsuelo, equipos de superficie y cables.
La figura N 2.9 muestra los equipos de superficie y subsuelo.
El conjunto de equipos de subsuelo se encuentra constituido por la bomba
centrifuga, la seccin de entrada estndar o el separador de gas, la seccin de
sello o protector, el motor elctrico y la bomba recirculadora que pretendemos
implementar. Entre los cables tenemos: el cable conductor elctrico, el cable de
conexin al motor y el sensor de fondo.
Los equipos de superficie estn conformados por el cabezal de descarga, el
variador de frecuencia o el controlador de arranque directo, la caja de unin o
venteo y por el conjunto de transformadores.
Entre los componentes de accesorios se pueden listar la vlvula de drenaje, la
vlvula de venteo, los soportes en el cabezal, los centralizadores y las bandas
de cable. [3]
2.9.4.7 Componentes superficiales
2.9.4.7.1 Componentes del equipo de superficie
La funcin principal del equipo de superficie es monitorear las condiciones del
pozo, proveer de energa elctrica al motor electrosumergible y controla su
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funcionamiento.La instalacin de superficie consta de un transformador
reductor de 13,8 KV a 480 V, voltaje necesario para la operacin del variador
de velocidad (VSD), el cual provee el voltaje trifsico variable al
transformador elevador multi-taps, elevando al voltaje necesario para la
operacin del motor en el fondo del pozo, la caja de venteo es un punto de
conexin del equipo de superficie con el equipo de fondo, finalmente junto a
la caja de venteo se instala un registrador de amperaje del motor
electrosumergible.
Los componentes principales del equipo de superficie del sistema de
bombeo electrosumergible son:
Cabezal del pozo
Caja de Conexiones (Caja de Venteo)
Transformadores
Controladores del Motor (Variador de frecuencia)
2.9.4.7.2 Cabezal del Pozo
El cabezal cierra mecnicamente el pozo, es decir proporciona hermeticidad y
control de los fluidos del pozo; puede resistir presiones diferenciales de
hasta 10.000 psi, y est diseado para soportar el peso del equipo de
subsuelo y mantener el control del pozo en el anular y tubing.
Provee las facilidades para instalar el cable de potencia, mediante un
conector denominado Quick Conector, donde se realiza el empalme de los
cables elctricos de superficie y de fondo.
El cabezal del pozo adems incluye estranguladores ajustables, colgadores de
la tubera de produccin y vlvulas de alivio. La figura 1.24, representa el
cabezal del pozo de BES.
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36
Figura 2.10.- Cabezal del Pozo de Bombeo Electrosumergible
FUENTE: Baker Hughes; Centrilift; 2012
2.9.4.7.3 Caja de Conexiones (Venteo)
Por razones de seguridad, la caja de conexiones (figura 1.25), tambin
conocida como caja de venteo est localizada entre el cabezal del pozo y el
tablero de control.
La caja de venteo cumple con tres funciones muy importantes:
1. Proveer un punto de conexin entre el bobinado secundario del
transformador elevador multi-taps y el cable elctrico de potencia
proveniente del fondo del pozo.
2. Permite desfogar a la atmsfera el gas que pueda subir por la
armadura de proteccin del cable elctrico de potencia, proveniente
del fondo del pozo.
3. Facilita puntos de prueba fcilmente accesibles para la revisin
elctrica de los equipos de subsuelo.
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Figura 2.11.- Caja de conexiones
FUENTE: Baker Hughes; Centrilift; 2012
Generalmente junto a la caja de venteo se instala un registrador ampermetro
donde se registra de forma grfica la corriente del motor electrosumergible en
cartas Amperimtricas.
2.9.4.7.4 Controladores del Motor
Los controladores de motor pueden ser simples en su diseo, mientras que otros
pueden ser extremadamente sofisticados y complejos, ofreciendo numerosas
opciones que fueron diseadas para aumentar los mtodos de control,
proteccin, y monitoreo del equipo BES. Se escoger el tipo de controlador
dependiendo de la aplicacin, que se quiera dar, la economa y el mtodo
preferido de control.
Existen tres tipos de Controladores del Motor especialmente diseados para las
unidades de bombeo electrosumergible, que se usan para proteger y diagnosticar
los equipos de fondo:
Panel de Control de Velocidad Fija (Switchboard)
Controlador de Velocidad Variable (VSD)
Arrancador Suave
Normalmente, todos utilizan un sistema de circuitos que proporcionan proteccin y
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38
control, para el sistema BES. Los controladores varan en tamao fsico, diseo y
potencia.
2.9.4.7.1 Panel de Control de Velocidad Fija
El tablero de control de frecuencia fija, especialmente diseado para ser
usado con equipos BES, es usado en conjunto con un controlador, el cual
protege al motor y al cable de descargas de alto voltaje.Los arranques del
motor son bruscos.
El controlador protege al sistema BES de sobrecarga, bajacarga, desbalance
de la corriente, sobre y bajos voltajes de la red, arranques excesivos, etc.
Este puede ser sumamente sencillo y contener nicamente un botn de
arranque y un fusible de proteccin por sobre carga; o bien puede contener
fusibles de desconexin por sobrecarga y baja carga, mecanismos de relojera
para restablecimiento automtico y operacin intermitente, protectores de
represionamiento de lneas, luces indicadores de la causa de paro,
ampermetro, y otros dispositivos para control remoto, los tipos de tablero
existentes son electromecnicos o bien totalmente transistorizados y compactos.
Figura 2.12.-Tablero de control (switchboard).
FUENTE: Baker Hughes; Centrilift Curso Bsico BES; 2012
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2.9.4.7.2 Controlador de Velocidad Variable (VSD)
El controlador de velocidad variable VSD (Variable Speed Driver), permite
alterar la frecuencia del voltaje que alimenta al motor y por lo tanto
modificar su velocidad. El rango de ajuste de la frecuencia es de 30 a 90 Hz,
lo que implica su amplio rango de velocidades y por lo tanto permite mejorar
las condiciones de produccin deseadas. Una alta frecuencia
incrementa la velocidad y la produccin; una baja frecuencia, los
disminuye.
El VSD se instala en superficie entre los transformadores reductor y
elevador multi-taps, como se observa en la Figura 1.27, ste controla la
velocidad de rotacin del eje del motor electrosumergible que se
encuentra axialmente acoplado al eje de la bomba centrfuga multi-etapa
ubicada en el fondo del pozo.
El VSD proporciona la potencia suficiente del equipo de fondo para que ste
funcione en ptimas condiciones, adems puede ser programado para
situaciones especiales tales como control y monitoreo del equipo BES,
encendido sin sobrecarga, con torques constantes, descarga del fluido de
control, arranques programados despus de un paro del equipo y otros.
La manipulacin de la frecuencia de entrada al motor permite modificar la
velocidad del equipo de fondo y por ende el rendimiento y rango operacional
de la bomba electrosumergible.
5 Baker Hughes-Centrilift; Electrical Submersible Pump; 2012 12 Pagina web: www.bakerhughes.com/centrilft/news 8 Diaz Rioja, Carloslibro Completo de Produccin
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Figura 2.13.- Controlador de velocidad variable (VSD)
FUENTE: Baker Hughes; Centrilift Curso Bsico BES; 2012
2.9.4.7.3 Arrancador Suave
Los Arrancadores Suaves optimizan las secuencias de arranque y de
parada (aceleran y desaceleran), aumentan la productividad, permiten ahorro
de energa / mantenimiento y protegen los motores de induccin trifsicos,
es decir reducen los esfuerzos elctricos y mecnicos que se asocian con el
arranque de los equipos electrosumergibles para aplicaciones de baja
profundidad. Este es similar a un panel de control estndar, hace caer el
voltaje en los terminales del motor durante la fase inicial del arranque.
El arranque suave se logra controlando la cantidad de potencia
entregada al motor a medida que toma velocidad. El control de la tensin
aplicada al motor permite a los Arrancadores Suaves arrancar y parar un
motor elctrico de modo suave y controlado.
2.9.7.5 Transformadores
Los transformadores, tanto reductor como elevador multi-taps, son instalados en
superficie, debido a que los variadores requieren una tensin de entrada
entre 480V y 380V generalmente. Esta tensin se logra con el transformador
reductor (SDT) que baja el voltaje desde las lneas de 2,4 kV o 13,8kV o
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34,5kV.La tensin de salida del variador es generalmente inferior a la requerida
por el motor, por eso se usa un transformador elevador (SUT) que sube el voltaje
hasta el requerido por el motor (1.000V 3.760V).
Los transformadores tienen un panel equipado con taps, que se usan para
conseguir el voltaje necesario para el funcionamiento de los controladores del
motor electrosumergible. En la figura 1.28, se ilustra los taps del panel del
transformador [5].
Figura 2.14.- Taps del panel del transformador.
FUENTE: Baker Hughes; Centrilift; 2012
2.9.7.5.1 Transformador Primario (Reductor)
El primer transformador reduce el voltaje de distribucin (lnea primaria) de
13,6 kV al voltaje de 480 V, necesario para el funcionamiento del
variador de frecuencia o por el tablero de control, y se puede instalar un
solo transformador trifsico o un banco de tres transformadores
monofsicos.
En la figura 1.29, se observa un transformador primario.
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Figura 2.15 Transformador primario (reductor).
FUENTE: Baker Hughes; Centrilift; 2012.
Cuando se instala un tablero de control, el voltaje de salida ser el voltaje
requerido por el motor, mientras que cuando se instala un Variador de
Frecuencia, el voltaje de salida ser el voltaje requerido por este equipo y ser
necesario utilizar un transformador secundario.
2.9.7.5.2 Transformador Secundario (Elevador)
El transformador secundario, conocido tambin como Transformador
Elevador, es utilizado principalmente cuando se instala un Variador de
Frecuencia, con la finalidad de elevar el voltaje de salida del variador (480V
variable en frecuencia) al voltaje que requiere el motor electrosumergible con
las respectivas conexiones (DELTA O ESTRELLA) y el tap que se selecciona
en el transformador elevador.
Se puede instalar un solo transformador trifsico o un banco de tres
transformadores monofsicos. La figura 1.30, muestra un transformador
secundario.
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Figura 2.16.- Transformador secundario (elevador).
FUENTE: Baker Hughes; Centrilift; 2012
2.9.7.6 Componentes del equipo de subsuelo
Son aquellas piezas o componentes que operan instalados en el subsuelo.
Las compaas de bombeo electrosumergible se especializan en la fabricacin
de estos equipos.
El equipo de fondo del sistema BES, tal como se indica en la figura 1.31, se
suspende de la tubera de produccin y cumple con la funcin de levantar la
columna de fluido necesaria para la produccin de hidrocarburos del pozo.
Los componentes principales del equipo de subsuelo del sistema de bombeo
electrosumergible son:
Motor Electrosumergible
Protector o Seccin Sellante (Sello)
Bomba Electrosumergible
Cable de Extensin (Motor Lead Extensin MLE)
Cable de Potencia Separador de Gas Sensor
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Figura 2.17 Componentes del equipo de subsuelo
FUENTE: Baker Hughes; Tecnologas en evolucin BES PDF; 2011
2.9.7.6.1 Motor Electrosumergible
Este es un motor trifsico, de induccin tipo jaula de ardilla, de dos polos,
similar a los utilizados en aplicaciones de superficie. El motor
electrosumergible provee la energa que necesita la bomba para rotar y
acelerar los fluidos que estn siendo bombeados hacia la superficie, pueden
operar a una velocidad tpica de 3.600 RPM a 60 Hz y 2.917 RPM a 50 Hz.
Una corriente alterna (AC) de tres fases crea campos magnticos que giran en el
estator. Estos campos magnticos inducen a los rotores y al eje a girar dentro
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del estator, siendo capaz de producir un determinado nmero de Potencia (HP) a
un voltaje dado. La frecuencia juega un papel muy importante ya que la velocidad
y potencia del motor estn en funcin de esta [12].
Los componentes del motor estn diseados para resistir temperaturas
hasta 260oC (500oF). La figura 1.32, esquematiza un motor.
Figura 2.18.- Motor electrosumergible
FUENTE: Baker Hughes; Centrilift; 2012
El motor posee aceite aislante tipo mineral refinado que lubrica los cojinetes del
motor y transfiere el calor generado hacia la carcasa del motor, adems provee
de alta resistencia dielctrica y conductividad trmica que facilita la refrigeracin
del calor generado hacia el housing del motor, el calor es transferido al fluido
que pasa por la superf
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