Aula_18_Bombeio Centrífugo submerso.pdf

Bombeio Centrífugo Submerso
Profª. Samia Maciel - 2021.1
Agosto/2021
Disciplina: Reservatório e Elevação de Poços

INTRODUÇÃO
• A utilização do BCS está ganhando destaque nas operações de
elevação artificial de petróleo devido a flexibilidade dos equipamentos
disponíveis;
• No BCS a energia elétrica é transformada em mecânica através de um
motor de subsuperfície que está conectado a uma bomba centrífuga,
transmitindo energia para o fluido sob forma de pressão, elevando-o
para superfície.
RESERVATÓRIO E ELEVAÇÃO DOS POÇOS – Profª. Samia Maciel 2021.1
BOMBEIO CENTRÍFUGO SUBMERSO (BCS)

INTRODUÇÃO
• Antigamente, o BCS era utilizado em poços que produziam a altas
vazões, sob influência de influxo de água, com alto teor de água e baixa
RGO;
• Atualmente, o BCS é aplicado em poços com fluidos de alta viscosidade
e poços com altas temperaturas, sendo produzidos economicamente;
• Novos estudos estão sendo realizados para produzir em poços com alta
razão gás-líquido.

EQUIPAMENTOS DE SUBSUPERFÍCIE
• Os principais equipamentos de subsuperfície de um poço equipado
para produzir por BCS são:
➢ Bomba
➢ Admissão da bomba
➢ Motor elétrico
➢ Protetor
➢ Cabo elétrico.

BOMBA
• É do tipo centrífuga de múltiplos estágios, em que cada estágio tem um
impulsor e um difusor;
• O impulsor é preso a um eixo e gira a uma velocidade de 3500 rpm. Ao
girar, transfere energia ao fluido sob forma de energia cinética,
aumentando sua velocidade;
• O difusor, que permanece estacionário, redireciona o fluido do
impulsor localizado imediatamente abaixo para cima;
• Cada estágio fornece um incremento de pressão ao fluido, sendo
colocados na bomba quantos estágios forem necessários para que os
fluidos cheguem a superfície.
BCS – EQUIPAMENTOS DE SUBSUPERFÍCIE

BOMBA
• Na figura ao lado, representa-se
um estágio de bomba e o princípio
de funcionamento do método.
• A forma e o tamanho do impulsor e
difusor determinam a vazão a ser
bombeada, enquanto que o
número de estágio determina sua
capacidade de elevação.
• Existem bombas cujas vazões se situam entre 20 e 10.000 m3/dia, com
capacidade de elevação de até 5.000 m.

BOMBA
• Cada fabricante publica uma curva de performance para cada bomba;
• As curvas são fornecidas considerando o bombeio de água, devendo
sofrer correções quando aplicadas a fluidos com outros valores de
densidade e viscosidade;
• Através das curvas, pode-se obter as informações:
➢ Diâmetro mínimo;
➢ Eficiência da bomba de vazão;
➢ Capacidade de elevação em função da vazão;
➢ Potência necessária do motor em função da vazão.

BOMBA
• Para manter um equilíbrio de forças nos impulsores e evitar o desgaste
prematuro, a bomba deve operar somente no intervalo de vazão
recomendado pelo fabricante.

BOMBA
• A potência necessária do motor é diretamente proporcional à
densidade do fluido que está sendo bombeado. Por este motivo, o valor
da potência encontrado na curva deve ser multiplicado pela densidade
do fluido que está passando pela bomba.
• Ao escolher uma bomba deve-se:
➢ Escolher o diâmetro externo da bomba em função do diâmetro do
revestimento, deixando uma folga para a passagem do cabo elétrico
que alimenta o motor;

BOMBA
• Ao escolher uma bomba deve-se:
➢ Escolher o tipo de bomba em que a vazão desejada seja no meio da
faixa recomendada de vazão para a bomba;
➢ Determinar o número de estágios a partir da curva de performance
da bomba escolhida, para calcular o número de estágios para
fornecer ao fluido a elevação necessária.

ADMISSÃO DA BOMBA
• Fica localizada na parte inferior da
bomba e é o caminho do fluido
para o primeiro estágio;
• A admissão pode ser encontrada
na forma simples ou na forma de
separador de gás;

ADMISSÃO DA BOMBA
• A forma simples é requerida sempre que o volume de gás livre na
entrada da bomba for pequeno, de modo que não afete a eficiência do
bombeio;
• A utilização de separadores de gás de fundo depende do volume de gás
livre a ser separado;
• Para baixas vazões, utiliza-se o separador estacionário, que se baseia na
mudança de sentido de fluxo do fluido;
• Para altas vazões, utiliza-se o separador centrífugo, que submete o
fluido produzido à ação de uma força centrífuga para separação das
fases líquida e gasosa.

ADMISSÃO DA BOMBA
• A admissão escolhida em função da série da bomba, da vazão de líquido
e razão gás-líquido nas condições de bombeio.

MOTOR ELÉTRICO
• São do tipo trifásico, dipolo, de
indução que funcionam com uma
velocidade constante de 3500 rpm
para uma frequência de rede de 60
Hz;
• Seu eixo conecta-se com o eixo do
protetor, admissão da bomba e ao
impulsor da bomba, constituindo-se
num único eixo que deve estar
perfeitamente alinhado ao entrar
em funcionamento;

MOTOR ELÉTRICO
• São projetados para operar em condições severas, como: imersos nos
fluidos que estão sendo produzidos, a altas pressões e temperaturas.
Para suportar essas condições, os motores estão cheios de óleo de
origem animal para garantir o isolamento elétrico, a lubrificação dos
mancais e o resfriamento do motor.
• Os fabricantes fornecem motores em 4 diâmetros externos diferentes
(séries);
• Para cada série disponibilizam motores com várias potências e várias
combinações de tensões e correntes;
• A escolha é feita em função do diâmetro do revestimento, potência
necessária, transformadores disponíveis e profundidade do poço.

PROTETOR
• É instalado entre o
motor e a admissão da
bomba, conectando o
eixo do motor ao eixo
da bomba.

PROTETOR
• Suas funções são:
➢ Conectar a carcaça do motor com a carcaça da bomba, assim como
os eixos da bomba e do motor;
➢ Prevenir a entrada de fluido produzido no motor;
➢ Equalizar as pressões do fluido produzido e do motor;
➢ Prover o volume necessário para a expansão do óleo do motor
devido ao aquecimento;
➢ Alojar o mancal que absorve os esforços axiais transmitidos pelo
eixo da bomba.

CABO ELÉTRICO
• Sua função é transmitir a energia da
superfície para o motor;
• O dimensionamento do cabo é feito a
partir da corrente elétrica que irá alimentar
o motor, da temperatura operacional, da
voltagem da rede, do tipo de fluido a ser
produzido e do espaço disponível entre a
coluna de produção e do revestimento;
• O cabo escolhido deve apresentar uma
queda de tensão menor que 10V para cada
100 m de cabo.

EQUIPAMENTOS DE SUPERFÍCIE
• Para cada poço produzindo por BCS, existe na superfície:
➢ Fonte de energia (rede elétrica ou gerador)
➢ Quadro de comandos
➢ Transformador
➢ Cabeça de produção
• Alguns equipamentos podem ou não ser instalados, dependendo das
características do poço, se é marítimo ou terrestre, como: caixa de
ventilação, válvula de retenção, válvula de drenagem, sensor de fundo.

QUADRO DE COMANDOS
• Controla e opera com segurança o equipamento de fundo, sendo
dividido em dois compartimentos: de média e baixa tensão;
• O de média tensão abriga os transformadores de corrente,
transformadores de controle, fusíveis de proteção e a chave
seccionadora;
• O de baixa tensão ficam os relés, amperímetro, temporizador, etc.,
normalmente são componentes alimentado com uma tensão de 110 V;
BCS – EQUIPAMENTOS DE SUPERFÍCIE

QUADRO DE COMANDOS
• Dentre os dispositivos de um quadro de comandos, destacam-se:
➢ Chave pra ligar e desligar o conjunto de fundo;
➢ Amperímetro registrador – o registro contínuo da corrente elétrica
serve para monitorar o desempenho da bomba e é de grande valia
na solução de problemas operacionais;
➢ Relé de sobrecarga – desliga o motor quando há excesso de corrente;
➢ Relé de subcarga – desliga o motor quando a corrente é muito baixa;
➢ Temporizador – liga o motor automaticamente após um período de
tempo desde o seu desligamento por subcarga.

QUADRO DE COMANDOS
• A escolha do quadro de comandos para um determinado poço leva em
consideração: a voltagem, amperagem e potência máxima do sistema.

TRANSFORMADOR
• Transforma a tensão da rede elétrica na tensão nominal do motor,
acrescidas das perdas no cabo elétrico;
• A escolha de um transformador para um determinado poço é feita em
função da voltagem da rede, da voltagem do motor, das perdas no cabo
e da potência do motor.

CABEÇA DE PRODUÇÃO
• A cabeça de produção possui uma passagem para a coluna de produção
e uma para o cabo elétrico;
• A escolha da cabeça de produção leva em consideração o diâmetro do
revestimento e da coluna de produção, a bitola e o tipo de cabo e as
pressões envolvidas.

CAIXA DE VENTILAÇÃO
• Pode ser instalado entre o poço e o quadro de comandos com a
finalidade de ventilar o cabo trifásico, ou seja, prover a saída pra
atmosfera do gás que porventura migre do poço pelo interior do cabo;
• Caso esse gás atinja o quadro de comandos, pode formar com o ar uma
mistura explosiva num local onde podem ocorrer centelhas elétricas.

CAIXA DE VENTILAÇÃO
• O local serve para efetuar medições das condições de isolamento e
continuidade do cabo, sem a necessidade de abrir o quadro de
comandos.

VÁLVULA DE RETENÇÃO
• Mantem a coluna de produção cheia de fluido quando, por qualquer
motivo, o conjunto do fundo é desligado;
• Se não estiver sendo usada, haverá retorno do fluido da coluna para o
espaço anular, ocasionando uma rotação contrária no eixo da bomba e
qualquer tentativa em ligar, provocará um torque excessivo no eixo,
podendo provocar sua ruptura.

VÁLVULA DE DRENAGEM OU ALÍVIO
• É utilizada sempre que é descida a válvula de retenção, evitando a
retirada da coluna cheia de fluido, provocando derramamento de óleo
toda vez que um tubo for desconectado;
• Quando acionada, permite a drenagem do fluido da coluna para o
espaço anular.

SENSORES DE PRESSÃO E TEMPERATURA DE
FUNDO
• Podem ser instalados com a finalidade de avaliar o comportamento do
poço através de informações de pressão e temperatura transmitidas do
fundo do poço para a superfície;
• Os sensores são instalados abaixo do motor e transmitem informações
através do mesmo cabo que leva energia ao motor.

ACOMPANHAMENTO DO POÇO EM PRODUÇÃO
• O acompanhamento é realizado através de testes de produção, das
cartas de registro de amperagem e, no caso de ter sido instalado, do
sensor de pressão e temperatura de fundo;
• No teste de produção são medidos:
➢ Vazão
➢ Pressão dinâmica na cabeça do poço
➢ Razão gás-líquido
➢ Fração de água

• No teste de produção são medidos:
➢ Nível de fluido no anular
➢ Amperagem média, entre outros.
• Com a obtenção dessas informações e analisando-se
comparativamente com a curva de performance da bomba indicará a
eficiência de operação do sistema;
• As cartas de registro permitem obter subsídios para a detecção e
correção de problemas operacionais logo que surgem, evitando danos
maiores para o equipamento.

• A figura ao lado representa
uma carta de registro de
amperagem.
• Na figura, é observado que
após a partida do motor a
amperagem manteve-se
constante, indicando que a
vazão do poço deve estar
estabilizada.

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