1. BOMBEO MECANICO Y BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE
Jesús M. Sánchez
CI.- 11.393.424
2. 1.- Principio de funcionamiento del bombeo mecánico
Es uno de los métodos de producción más utilizados (80-90%), el cual su
principal característica es la de utilizar una unidad de bombeo para transmitir
movimiento a la bomba de subsuelo a través de una sarta de cabillas y mediante la
energía suministrada por un motor.
El balancín de producción, que en apariencia y principio básico de
funcionamiento se asemeja al balancín de perforación a percusión, imparte el
movimiento de sube y baja a la sarta de varillas de succión que mueve el pistón de
la bomba, colocada en la sarta de producción o de educción, a cierta profundidad
del fondo del pozo.
2.- Equipos de superficie
La unidad de superficie de un equipo de bombeo mecánico tiene por objeto
transmitir la energía desde la superficie hasta la profundidad de asentamiento de la
bomba de subsuelo con la finalidad de elevar los fluidos desde el fondo hasta la
superficie. Estas unidades pueden ser de tipo balancín o hidráulicas. Los equipos
que forman los equipos de superficie se explican a continuación:
Unidad de Bombeo (Balancín). Es una máquina integrada, cuyo objetivo es
de convertir el movimiento angular del eje de un motor o reciproco vertical, a
una velocidad apropiada con la finalidad de accionar la sarta de cabillas y la
bomba de subsuelo. Algunas de las características de la unidad de balancín
son:
a) La variación de la velocidad del balancín con respecto a las revoluciones por
minuto de la máquina motriz.
b) La variación de la longitud de carrera.
c) La variación del contrapeso que actúa frente a las cargas de cabillas y fluidos del
pozo.
Clasificación de los Balancines
o Balancines convencionales. Estos poseen un reductor de velocidad
(engranaje) localizado en su parte posterior y un punto de apoyo situado en
la mitad de la viga.
3. o Balancines de geometría avanzada. Estos poseen un reductor de velocidad
en su parte delantera y un punto de apoyo localizado en la parte posterior del
balancín. Esta clase de unidades se clasifican en balancines mecánicamente
balanceados mediante contrapesos y por balancines balanceados por aire
comprimido. Los balancines de aire comprimido son 35% más pequeñas y
40% mas livianas que las que usan manivelas. Se utilizan frecuentemente
como unidades portátiles o como unidades de prueba de pozo (costafuera).
3.- Unidades de bombeo y tipo de motores.
Los componentes del bombeo mecánico está compuesto básicamente por las
siguientes partes: unidad de bombeo, motor (superficie), cabillas, bomba de
subsuelo, anclas de tubería, tubería de producción (subsuelo). Un equipo de
bombeo mecánico (también conocido como “balancín” o “cigüeña”) produce un
movimiento de arriba hacia abajo (continuo).
La bomba reciprocante es un equipo de desplazamiento positivo (reciprocante),
la cual es accionada por la sarta de cabillas desde la superficie. Los componentes
básicos de la bomba de subsuelo son simples, pero construidos con gran precisión
para asegurar el intercambio de presión y volumen a través de sus válvulas. Los
principales componentes son: el barril o camisa, pistón o émbolo, 2 o 3 válvulas con
sus asientos y jaulas o retenedores de válvulas.
Los motores ubicados en la superficie pueden ser de combustión interna o
eléctrica.
4.- Aspectos generales del bombeo electro sumergible
Este método es aplicado generalmente cuando se presentan los siguientes casos:
– Alto índice de productividad
– Baja presión de fondo
– Alta relación agua – petróleo
– Baja relación gas – líquido
4. El BES se basa en la utilización de bombas centrífugas (de múltiples etapas) de
subsuelo ubicadas en el fondo del pozo, estas son accionadas por motores
eléctricos.
El BES tiene un rango de capacidades que va desde 200 a 9000 BPD, trabaja a
profundidades entre los 12000 y 15000 pies, el rango de eficiencia está entre 18 –
68% y puede ser usado en pozos tanto verticales como desviados o inclinados.
5.- Criterios de selección de las bombas y motores
Para diseñar el motor se deben tomar en cuenta los siguientes parámetros:
o Descripción del motor: estator y rotor
o Curva de comportamiento del motor.
o Tamaños/Series de los motores disponibles. Motores en serie
o Límites de temperatura
o Conector del cable al motor “Pothead”
o Protección del motor
Y las bombas centrifugas:
o Selección del número de etapas y de las carcasas (housings)
o Cálculo de los requerimientos de potencia de la bomba considerando los
efectos viscosos.
o Cálculo de los requerimientos de potencia del motor. Ejemplo numérico
o Selección del Motor: Criterios de selección del motor. Ejemplo numérico
o
6.- Instalación de los equipos
El corazón del sistema BES es la bomba centrífuga. Es del tipo multietapa y el
número de éstas depende de cada aplicación específica. Cada etapa esta
compuesta por un impulsor rotario y un difusor estacionario. El impulsor da al fluido
energía cinética. El difusor cambia la energía cinética en energía potencial. Su
función es proveer la energía adicional para levantar la producción esperada a
superficie.
5. Es importante conocer la presión de entrada de la bomba o PIP (pump intake
pressure) que es igual a la sumergencia más la presión del revestidor. Existen dos
valores a ser considerados para la entrada de la bomba:
1. PIP requerida: esta resulta de ser la presión de entrada necesaria para alimentar
apropiadamente a la bomba y prevenir o impedir la interferencia de gas o cavitación.
2. PIP disponible: está es una presión en función al sistema en el cual la bomba
opera. Entonces la PIP disponible es la sumergencia característica de cada
instalación individual.
Cuando se maneja solamente líquido, la bomba trabaja con eficiencia elevada,
el volumen de gas libre afecta su rendimiento y por ello cuando este sea el caso
(>10% de volumen) se recomienda colocar un separador o ancla de gas cuando el
pozo amerite. El separador de gas previene la cavitación y tiene como función
retener el gas libre antes que ingrese a la bomba para pulsarlo a través del anular,
evitando con esto que la bomba maneje altos porcentajes de gas. Su eficiencia en
operación, para efectos del diseño se considera de 80%.
El protector sirve como eslabón vital en el ensamblaje. Cumple 3 funciones
básicas:
1. Conectar el motor y la bomba
2. Lubricar el eje principal y de esta forma reducir el desgaste del mismo.
3. Compensar la expansión o contracción del motor por el efecto del calentamiento
o enfriamiento.
Los motores usados en las operaciones de bombeo electrosumergible son del
tipo Dipolares y Trifásicos de Inducción. Los motores están llenos de un aceite
mineral altamente refinado que lubrica los cojinetes del motor. En una instalación
BES, el calor generado por el motor es retirado lejos por los fluidos del pozo en
movimiento hacia la superficie. En enfriamiento del motor se logra a través de:
1. Circulación interna del aceite del motor.
2. Flujo del caudal del pozo alrededor de la parte exterior del motor.
Los estudios de datos empíricos indican que los fluidos en el pozo deberían
circular por el motor a una tasa mínima de 1 pie/seg, para disipar adecuadamente
6. el calor transferido a través del motor. La eficiencia de un motor BES está en el
orden de 80 y 90%.
El cable de potencia es uno de los componentes más importantes y sensibles en
sistemas de levantamiento por BES. Este cable es el encargado de llevar la potencia
eléctrica desde la superficie hasta el motor de subsuelo y también puede transmitir
señales de presión y temperatura de regreso a superficie.
La caja de venteo; permite conectar el cable suplidor de energía del equipo de
superficie con el cable de potencia al motor. Permite ventear a la atmósfera el gas
que fluye a la superficie a través del cable, evitando con esto, que llegue al panel
de control, lo cual ocasionaría una explosión.
Y el cable de superficie es el encargado de suministrar la potencia eléctrica de la
fuente de energía primaria al equipo de fondo.
Adicionalmente durante la instalación debe existir una centralización con el
revestidor, evitando así, arrastres en el equipo de subsuelo con pérdida de material
y golpes en el cable plano o motor lead. • También es importante conocer que la
humedad y la lluvia son agentes altamente dañinos para el momento de realizar
algún empalme (conexión eléctrica) en el cable de potencia, ya que los mismos
pueden originar que ocurran falsos contactos produciendo sulfatación y
recalentamiento de los conductores, así como, la potencialidad de que ocurra un
corto en el cable de potencia. Por lo expresado anteriormente es recomendable en
estos casos, suspender las labores de instalación hasta tanto las condiciones
ambientales no sean las ideales para garantizar la instalación del equipo de
subsuelo y evitar fallas del equipo por bajo aislamiento.
Finalmente, la velocidad de bajada del equipo de subsuelo es importante para
garantizar la integridad de la instalación. Según la experiencias y conocimientos
técnicos se ha fijado mantener una velocidad de bajada de 10 parejas por horas
reducir a 5 parejas por horas cuando falten 500 pies para el asentamiento final con
esto se evita que el equipo de subsuelo sufra daños mayores en casos de no estar
sentados centralizados durante la instalación.
7. 7.- Agentes abrasivos y diseño de BES.
Los equipos del bombeo electrosumergible pueden sufrir los efectos de agentes
abrasivos tales como la arena. Dicho agente, es que ocasiona la mayoría de los
inconvenientes operacionales dada la interacción de estos con los equipos de
subsuelo. En la mayoría de los casos, los equipos que reciben mayormente la
influencia de estos agentes son las bombas, las tuberías y los cables de potencia.
Estos efectos erosivos ocasionan la interrupción del desempeño efectivo del método
de levantamiento artificial. A continuación se presentan algunas imágenes alusivas
sobre dicho efecto.
8.
9. Actividad 2. DISEÑO BES
DISEÑO DE SISTEMABES PARAUN POZO CON ALTO CORTE DE AGUA
q= 1500 BPD
μ= 1
Pws= 2000 Lpc
J= 2 BPD/Lpc
VDbomb=VDrel 6353 pies
Pwh= 100 Lpc
Di= 2 7/8 pulg
Gw= 0,433 Lpc/Pie
76,82901283
2250 Para condiciones C=120
Numero de etapas Potencia req de la Bomba(HP) Tasa de prod a 75Hz Perdida de carga por friccion
Netap=TDH/(altura/etapa) Pot=HPEtap+Netap*ϒf qrmp₂=qrpm*(rpm₂/rpm₁) F=2,038*(100/C)^1,05*(q/34,2)^1,05*1/ID^4,8655
108,9773232 21 pies/1000pies
Altura dinamica vert neta HD (pies) Perd. Cargas por friccion HF (pies)
HD= Vdbomb-(PIP/GF) HF=(MDbomb/1000pies)*HFpies/1000
Según Graf @1500BPD es 35,5pie/etap Según Graf 2 a 1500BPD consume 0,705 Hp/etap
171,531
Pwf (Lpc)
Pwf=Pws-(q/J)
1250
Gf=Gw*μ
0,433
Gradiente del fluido (Lpc/Pie) Vol. Entrada de la bomba (BPD)
Como μ=1 Vbom=Q
1500
Altura de presion cabezal HT(pies) Altura Dinamica Total (pies)
Presion entr bomb(Lpc)
PIP= Pwf-(Vdres-Vdbomb)*Gf
1250
Ht=(Pwh*2,31)*μf TDH=HD+HF+HT
231 3868,6949723466,163972 Según Graf 1 a condic es 27
=0,705*B25*C5
=C4*(75/50)
Potencia req de la Bomba(HP) Tasa de prod a 75Hz
Pot=HPEtap+Netap*ϒf qrmp₂=qrpm*(rpm₂/rpm₁)
Perd. Cargas por friccion HF (pies)
HF=(MDbomb/1000pies)*HFpies/1000
Según Graf 2 a 1500BPD consume 0,705 Hp/etap
=(C8/1000)*27
Pwf (Lpc)
Pwf=Pws-(q/J)
=C6-(C4/C7)
Altura de presion cabezal HT(pies)
Presion entr bomb(Lpc)
PIP= Pwf-(Vdres-Vdbomb)*Gf
=E15-(C8-C8)*B15
Ht=(Pwh*2,31)*μf
=(C9*2,31)/C5Según Graf 1 a condic es 27
10. =C4*(75/50) Para condiciones C=120
Tasa de prod a 75Hz Perdida de carga por friccion
qrmp₂=qrpm*(rpm₂/rpm₁) F=2,038*(100/C)^1,05*(q/34,2)^1,05*1/ID^4,8655
21 pies/1000pies
Vol. Entrada de la bomba (BPD)
Como μ=1 Vbom=Q
=C4
Altura de presion cabezal HT(pies) Altura Dinamica Total (pies)
Presion entr bomb(Lpc)
PIP= Pwf-(Vdres-Vdbomb)*Gf
=E15-(C8-C8)*B15
Ht=(Pwh*2,31)*μf TDH=HD+HF+HT
=(C9*2,31)/C5 =B19+E20+G19
