bombeo hidraulico 2.pdf

Título: bombeo hidráulico Autor: Ferrufino, Fernández, Jim enez, Paco, Vidal

Título: Bombeo Hidráulico Autor: Ferrufino Villegas is Andrez Lu Fernandez Quispiguel e m Angel Jimenez Daniel Paco rojas Joaquín Vidal escobar José

avid

Fecha:08/04/2016

Código de estudiante:

01304033

01108657 01107601 01106919 01108348

Asignatura: producción I Carrera: Ingeniería en Gas y petróleo


Carrera: Ingeniería en Gas

Petróleo

Asignatura: Producción I Grupo: A Docente: Ing. Carlos Cesar Rojas Periodo Académico: 2016/01

Subsede: Santa Cruz



Índice Pág. 1. DEFINICIÓN ........................................................................................... ....................1 2. TIPOSDEINSTALAÓN C DE LA BOMBA SUB-SUPERFICIAL..

....................3

1.2.fija. Inst................................................................ alaciones con bomb ..

....................4

1.3. Instalaciones a libre. con bom ................................................................ b

....................5

1.4 . Instalaciones libres par lelas.................................................................. ....................8 3. CIRCULACIÓN INVE SA.................................................................... ....................9 4. OTRAS INSTALACIO ES.................................................................... ..................10 5. FLUIDO DE POTENC A........................................................................ ..................11 5.1. Existen dos tipos de sismas t para el manejo del fluido de potencia. ..

..................13

5.1.1. Sistema cerr ado ......... ............................................................................ ..................13 5.1.2. Sistema Abie rto...... ... ............................................................................ ..................15 6. EQUIPO SUPERFICI L........................................................................ ..................17 6.1. Bombas superficiales ............................................................................ ..................17 6.2.

Cabezalesión. de di......................................................... stribu ..........

..................18

6.3. Cabeza de pozo ............. ............................................................................ ..................20 6.3.

Tanque de fluido de p otencia..................................................................................21

7. SISTEMA PLO ARPOZO. A UN S .....................................................

..................23

7 .1 .

Sistema de levantanto mi bombeo hidráulico ...................................

..................26

7.2.

Bomba hi dráulica ..... ............................................................................ ..................28

7.3.

Levantamiento artific ial....................................................................... ..................28

7.4.

Bomba em bolo .......... ............................................................................ ..................28

7.5.

Varilla de bombeo ..... ............................................................................ ..................29



7 .6 .

Bomba de balancín ... ............................................................................ ..................29

7.7.

Petróleo motriz. ......... ............................................................................ ..................29

8. SISTEMADELEVAN AMIENTO DE BOMBEO MECANICO .....

..................29

9. BOMBEO HIDRÁUO LITIPO PISTÓN......................... ...................

..................31

9.1.ciclo del bombeo………

………………………………………………

………… 35

9 .2 . 9.3.

Presiones y fuerzaslas e bombas reciprocantes. .............................. ..................38 Nivel de fluido ........... ............................................................................ ..................39

1 0.

LEMVANTACION IDRAULICO TIPO JET ................................ ..................39

10.1. Bombas h idráulicas .. ............................................................................ ..................41 10.2. Sistema ar tificia bombeo l po r hidráulico ...........................................

..................42

10.3. Capacidades de Func onamiento......................................................... ..................43 10.4. Mecanismo de operaci

nes……………………………………………

11.SISTEMAS COMBINAOS QUE EMPLEAN AL BOMBEO HIDR 11.1.principios básicos dembeo l b Neumático (BN 12.MODELOS DE ANAIS LISDEL BOM 12.1.modelo estándar …… 1 3.

………………………

BEO HIDRAULICO TIPO JE

………………………………………………

TIPOS DE SISTSEDE M OPERACIÓN ........................................

……........ 45

ULICO...46 ………… 46 (BHJ)…. 55 …………. 57

..................58

13.1. SISTEMA ABIERTEOFLUIDO MOTRIZ ....................................

..................58

1 3 .2 . S I S T E M A C E R R A D DE FLUIDO MOTRIZ ................................

..................61

13.3. SISTEMASPARAA ONDICIONAR EL FLUIDO MOTRIZ EN LA SUPERFICIE....................... ........................................................................... ..................61 13.4. SISTEMACENTRA IZADO DE ACONDICIONAMIENTO.......

..................63

13.5. TANQUEDEDECA TACIÓN DE PETRÓLEO MOTRIZ ..........

..................63

13.6. CONSTRUCCIÓN D TANQUE....................................................... ..................64 Asignatura: producción I Carrera: Ingeniería en Gas y petróleo


13.7. APLICACIONES ................................................................................. ..................64 1 4.

TIPOS DE SISTSEDE M SUBSUELO ...........................................

14.1. SISTEMASADE LIBRE BOM..........................................................

..................64 ..................65

14.2. INSTALACIONES C ASING-LIBRE................................................. ..................66 14.3. EQUIPOSFICIE DE SUP ............................................................... E

..................67

15. OPERACIÓN. ....................................................................................... ..................68 15.1. MA LLENADO ................................................................ DEL SIST .. ..................68 15.2. POSICIONES DE L S VÁLVULAS .................................................

..................69

15.3. MOTOR Y BOMBEA FLUIDO MOTRIZ ....................................

..................69

15.4. REGULACIÓN DE LUJO................................................................ ..................69 15.5. REGULACIÓN D ELCONTROL QUE APAGA EL EQUIPO ...... ..................69 15.6. FILTRO CICLÓN OIC DE ARENA .................................................. 1 6.

..................69

ELIMINACIÓNDE ÓLIDOS EN SUSPENSIÓN.......................... ..................70

17. PROBLEMA PROPUE TO……………………………………………


………… 71


BOMBEO HIDRÁULICO 1. DEFINICIÓN Un sistema de bombeo hidrulico, como los que actualmente se ofrecen e

n el mercado,

toma su líquido de un reserv rio de fluido motriz en través la superficie, de una lo pasa a bomba reciprocante múltiplex a pistón en superficie ón de líquido, para incrementar la pres e inyecta el líquido a presión dentro de pozo a través de una a lasarta bomba de tubería de subsuelo que permite llevar la producción junto con el fluido motriz a superfi ie. El Bombeo Hidráulico (BH) s un e Sistema Artificial ionamiento de Producción se cuyo fun basa en la inyección de un luido de potencia a alta a bomba presiónsubdentro de un superficial en la que se pr oduce la transmisión de energía externa al hidrocarburo proveniente del yacimiento on el fin de obtener producción ie. La bomba en superfic hidráulica se encarga de con ertir la energía del fluidoíadepotencial potenciaoen ener presión. La bomba sub-superficial pu de ser de dos tipos principalmente: de elloselesprimero la bomba reciprocante que cons a de dos pistones es controlado acoplados, el pistón superior por el fluido de potencia y el inferior es el encargado a producir. de bombear El el fluido segundo tipo es la bomba jet, la cual convierte el fluido inyectado ón,a en altaunpresi jet a alta velocidad que se mezcl a con los hidrocarburos oledel la energía yacimiento dánd necesaria para llegar a la supe rficie. Las presiones de operación presentes en este sistema varían entre 2000 l

b/pg2 y 4000

lb/pg2, las cuales son ge eradas por uintuplex m edio dedebombas triplex o desplazamiento positivo cuy fuerza motriz está eléctrico, constituida de por un moto diesel o de gas. Al existir la posibilidad de mezcla entre eliafluido y el fluido de poten producido, dentro de los ele

entos del Bombeo separador Hidráulico en se encuentra u

superficie, el cual también se ara el gas libre presente enntes los del fluidos pozo. proveni El sistema de tratamiento se encarga de s propiedades regresarle al fluido de potencia la adecuadas para las co ndicione s a las que fue diseñado. 1 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


El sistema está complementa o por tanques de almacenamiento de fluido d

e potencia, de

crudo producido y por una ser ie de ductosombrados. que conectan En los elementos antes la Fig. 1.1 se puede observar un diagrama con los elementos s del Bombeo más important Hidráulico. El Bombeo Hidráulico funcio a bajo un amplio rango de condiciones: • Profundidad: 300 – 5 000 m. • Producción: <100 bpd –

10 00 bpd.

• El gasto de la bomba de fon o puede ser controlado desde la superficie. • Admite la in yección

de uímicos para el control de corrosión, de p arafinas y de

emulsiones, así como la inyec ión de agua para controlar los depósitos de sal. • Se puede utilizar para la prducción de crudos pesados, ya sea utilizando

crudos ligeros

como fluido de potencia o ca lentando dicho la viscosidad fluido de potencia para reduci del hidrocarburo que se requi re • Permite ser instalado enozos p desviados ya que no tiene varillas que

puedan verse

afectadas por la inclinación d l pozo. • Los equipos de superfic ie anejan bajo perfil y se puede instalar un siste a central para varios pozos, lo cual es bené ico para instalaciones dentro e cuenten de ciudades con o qu poco espacio.

2 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


A. Tanque de fluido de poten ia. B. Bomba superficial. C. Manifolds de control. D. Válvula de control.

Fig.1.1 Ins talación completa de Bombeo Hidráulico. 2. TIPOSDEINSTAL CIÓN DE LA BOMBA SUB-SUPERFICIA

.

El elemento principal del equi po subsuperficial recisamente en una instalación la de BH es p bomba hidráulica. Es en la bo mba donde ocurre el intercambio re eldefluido energía deen potencia y el fluido de produ cción, con el fin de permitir que da el llegar último a lapu superficie. La bomba subsup rficial del BH puede ser instalada en diferent es arreglos de acuerdo con las cara cterística s del pozo y con las características a producir. Adel fluido continuación se presentan los principales tipos de instalación en pozos quecon se utilizan BH. 3 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero

Título: bombeo hidráulico Autor: Ferrufino, Fernández, Jim enez, Paco, Vidal 1.2. Instalaciones con bomba fija.

En la instalación con bomba ija insertada, la bomba subsuperficial se aloja

en una zapata

de asiento puesta dentro de la tubería de bservar producción. cómoEn la Fig. 1.2 se puede el fluido de potencia es dirigi o hacia laámetro bombamenor a través de una tubería de di al de la tubería producción y la mezcla entre los fluidos ducido,desale potencia a y pro través del espacio anular qu se forma entre su respectiva la bomba subsuperficial con tubería y la tubería de produ ción. El gas es venteadonular a través entredel la espacio tubería de producción y la tub ería de revestimiento. La bomba fija en la tubería e revestimiento se sujeta ésta por medio de

na cámara de

fondo3. Como se observa en la Fig. 1.3, el fluido de potencia e una tubería entra a través hacia la bomba subsuperficial en donde se mezcla con los acimiento hidrocarburos y la del y mezcla se dirige hacia la supe rficie a través del espacioa anular. bomba En debe este caso, manejar el gas libre que lleg a con los hidrocarburos,aaunque una tubería a veces se u paralela para ventear el gas, como se puede ver enerla una Fig.mayor 1.4, y así ten eficiencia de la bomba. Los rreglos con tubería para ara bombeo pozosseque utilizan p producen por debajo del punt de burbuja con altas Relaciones Gas – Líquido (RGL).



Fig. 1.2 Arreglo fijo insertado

Fig. 1.3 Arreglo fijo

Fig. 1.4 Arreg o en tubería defijo enTR con revestimient . venteo de ga .

1.3. Instalaciones con bomb libre. La posibilidad de tenertalaciones ins con bombas libres corresponde

una de las

características más distintiva del Bombeo Hidráulico, ya lar que la bomba permite circ hacia el fondo del pozo, prod cirlo y recuperar lación lainversa bomba por medio de circu para reparaciones o para cam ios. Este tipo de instalación especial cuenta en elcon arreglo pozo que consta de una zapat de asiento y unos sellos ón resistentes que actúan a la corrosi como receptáculo para la bom ba y permiten alargar la vida del equipo.



En la Fig. 1.5 se muestra el ci clo de una bomba libre, en el que con línea de

cero baja una

válvula de pie hasta la zapat de asiento. Posteriormente sea través baja ladebomba la tubería del fluido de potencia, haciendo circular éste ens su decir, dirección desde normal, la superficie hacia el pozo. uando la bomba llegallos, al fondo iniciaentra su a los s funcionamiento y abre la vál ula de pie, para comenzar sícon la el mantiene bombeo, y a mientras que haya fluidos de l yacimiento llegando a la a. succión Cuando de se la bom quiere sacar la bomba se debe hacer el direccionamiento decorrecto tal manera de válvulas, que se invierte el flujo nor al de los fluidos y se del aplica flujopresión de al pas descarga de la bomba, hacien do que se cierre la válvulabadepueda pie yser que la bo recirculada hacia la superficie.

Fig. 1.5 Ciclo de bomba libr e La instalación con bomba lib e ofrece la ventaja de sacar la bomba sin nece sidad de sacar todo el aparejo de producció n, por lo que eparaciones no es necesario y un equipo de 6 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


mantenimiento. También per mite el monitoreo del pozo por medio de la

instalación de

sensores en la bomba para r ealizar diferentes pruebas. ad de Ofrece realizar la posibilid acidificaciones u otros tratam ientos químicos tan sólo con recircular a y sacar la bom con línea de acero la válvula de pi . La Fig. 1.6 muestra una instal ación con bomba libre que tiene un component

económico a

su favor ya que únicamente ti ene una tubería. A diferenciamba del fija diseño en la de bo tubería de revestimiento, no se tiene una tubería deeldiámetro fluido demenor par potencia, sino que éste viaja a través de la tubería de producción va a encontrar en donde se con la entrada de la bomba. xisten otros arreglos dentro es con de bomba las instalacion libre, que se observan en las F ig. 1.7 – 1.9, que difierenanejo en lasdetuberías gas y para m para el regreso del fluido de p otencia y el fluido producido.



Fig. 1.6 Arreglo1.7 Arreglo Fig. con bomba libre. con omba libre.

Fig. 1.8 Arreglo con bomba libre.

Fig. 1. Arreglo con bo ba libre.

1.4. Instalaciones libres par lelas Se utilizan cuando se quiereantener aislada la tubería de revestimiento o se

le da especial

importancia al venteo de gas. Cuenta con dos sartas de tetubería no requiere y normalmen empacador. La Fig. 1.10 mu stra una instalación libre paralela e ve en cómo la que el arreglo de fondo está suspen dido en la línea del fluido tra línea de potencia está y la roscada al arreglo de fondo. El espacio anular entre la tubería ción ydela produ de revestimiento sirve para vente ar el gas libre proveniente del yacimiento. 8 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


Fig1. .10Arreglopa

ra l e l o

Fig. 1.11 Arreglo con circula ción inversa

3. CIRCULACIÓN I N ERSA. Cuando se quiere mantener la tubería de revestimiento aislada del fluid

producido y

minimizar las pérdidas por fri ción, esta instalación toma en cuenta dichas co nsideraciones. Como se muestra en la Fig. 1.11, el espacio anular es rutilizado el fluidopara de llev potencia desde la superficie hasta la bomba y la producción el fluidomezclada de co potencia llegan a superficie

través de la tubería de producción, do así que permitie el 9

Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


gasto de producción sea may r. Una de las consideraciones más importante

que se deben

hacer a la hora de diseñar u a instalación con circulación istencia inversa, de la es la re tubería de revestimiento, y

menos quen se circulación tenga un arreglo paralelo c

inversa, el fluido de potencia a alta presiónpuede que viajará causar en el espacio anula problemas de no hacer un bue n diseño. Para mantener la bomba en el fondo del pozo durante el bombeo se de

e instalar un

dispositivo de sujeción, al i gual que una herramienta a cuando que la sea libere par necesario llevarla a superficie.

4. Otras instalaciones. Cuando un pozo se encuent a produciendo en dos intervalos, rara vez tie nen la misma presión, por lo que deben ser producidos de manera separada de evitarcon queel objetiv la zona de alta presión afect e la zona uales de baja constan presión. Las instalaciones generalmente de dos bombas subsuperficiales, una para cada ctor, intervalo y porprod lo tanto de dos líneas para fluid de potencia, ya que al es tener se requiere diferentes presio también diferentes fluidos de potencia. En la Fig. 1.12 se muestra ión enuna la instala cual el fluido de potencia de la b

mba superior roducción entra adeltravés de la tubería de

pozo, mientras que el fluido d e potencia de la bomba inferior e una entralínea a través de d menor diámetro. Las bombas tándem, como s observa en la Fig. 1.13, consisten en la inst lación de dos bombas en serie (Tándem) p ra doblar la capacidad del queequipo, una solaen caso de bomba no sea suficiente. Las bombas están da conectadas uno puede físicamente, pero c funcionar de manera indepen diente. Este arreglo no es muy común porque generalmente una bomba alcanza a satisface r la capacidad del pozo. En pozos costa afuera o dentrde alguna zona urbana se acostumbra a poner

na válvula de

seguridad entre el empacador y la bomba hidráulica. Dicha con la válvula presión se abre del fluido de potencia, por lo que en caso suministro de algúndel accidente, se detiene el fluido de potencia, la válvula se cerrará e impedirá el pasosde defluido la tubería a travé de producción y del espacio a ular. 10 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


Fig. 1.12 Instalación D u al

Fig.1.13InstalaciónT

ndem

5. FLUIDO DE POTE CIA Uno de los puntos clave para el éxito tanto económico como operacional, co

nsiste en tener

un fluido de potencia adecua do. La baja calidad, que mente se refleja en altoprimordial contenido de sólidos y de gas , contribuye al rápido desgaste por lo tanto de la al bomba y acortamiento de su vida útil . Gracias a lo anterior sea requiere efectivo un de siste



tratamiento para el fluido depotencia y así poder alargar la vida útil de l

bomba y del

equipo subsuperficial en gene al. El contenido de sólidos perm itido para un fluido de potencia depende de m

chos factores

como el tipo de fluido de pot ncia, su densidad y la concepción de laque vidaseútil tenga de una bomba, entre otros. o que se puede definire, cualitativamente en general, es q entre más pesado sea un ac eite usado como portar fluido mayorde potencia puede s desgaste y por lo tanto mayor contenido de sólidos. Monitorear te elconstanteme fluido de potencia permite tomar decisi nes para realizar las acciones pertinentes. La elección del tipo de fluido de potencia debe se realiza con base factores co

mo:

a. El agua se utiliza más en nas z costa afuera, ciudadeslay seguridad locacionesydonde protección ambiental son cla e. Sin embargo, lubricantes el agua necesita e la adición d inhibidores de corrosión, raz n por la cual se usa el sistema e minimiza cerrado el y así s tratamiento del agua. b. El uso de agua en sistemas abiertos implica mayor tratamiento, haciendo que aumenten los costos de separación de la mezcla. c. El aceite rara vez represen ta un gran costo, debido a que es poco comú que necesite aditivos para lubricar. Cuand o se usa aceite de alta densidad en pozos co temperaturas muy altas, se pue de necesita r de la adición de un lubricante la vida paradealargar la bomba. d. Las bombas subsuperfici les estáncapacidad afectadas depor la viscosidad y la lubricación del fluido de p tencia. El agua, contribuye al no tener al esa capacidad, acortamiento de la vida útil d e la bomba. Las fugas de fluido la bomba de potencia son en función de la viscosidad y son mayores con el agua que con la mayoría de aceites. e. Las pruebas de pozos pre sentan problemas cuando mo se utilizar fluido aceite de c potencia. El aceite de potenc ia debe ser medido eden producir cuando se inyecta y se pu errores cuando la relación en tre el aceite producido de potenciaesproducido y el aceite grande, al igual que si el pozo produce un gran porcentaje de agua. 12 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


f. Usualmente, la presión requ erida por las bombas de superficie es menor cu

ando se utiliza

agua. g. Aunque las bombas hidráu licas trabajan hanmuy utilizado bien con crudos viscosos, s aceites de mayor densidad A I como fluido de potencia s. Lo enanterior sistemas abiert permite que haya mezcla de dos crudos para diluir el imiento crudo pesado y así del ya facilitar su transporte hacia la superficie. h. En sistemas de alta fricción , como lo es una bomba jet dentro de una tuber ía de diámetro pequeño, el agua puede incre entar la eficiencia ad lubricante, sin importar su baja capaci ya que la bomba jet no tiene p artes móviles.

5.1. Existen dos tipos de sistmas para el manejo del fluido de potencia. 1. El sistema cerrado es aqel en el cual el fluido de potencia no se

ezcla con los

hidrocarburos a producir. 2. El circuito abierto es aquel en el que el fluido de potencia se mezcla con l producción y dicha mezcla regresa a superfi cie para ser separada.

5.1.1. Sistema cerrado En un sistema cerrado, el flui do de potencia es inyectado al pozo, pone en f ncionamiento la bomba subsuperficial y reresa a la superficie sin mezclarse ucción, por conlola prod tanto, es exclusivo para insta laciones con BH tipo Pistón t es necesario (En el BH tipo J que los fluidos se mezclen para que haya Los sistemas producción de hidrocarburos). cerrados necesitan de una tub ería extra en el pozo parancia que pueda el fluido serde pote circulado hacia la bomba subsuperficial y recirculado ficie para haciasula super tratamiento. Debido a lo ant rior, el sistema cerrado es más porcaro, el cual motivo es menos utilizado. En la Fig. 1. 14 se muestran las instalaciones ara el sistema superficiales cerrado y se puede ver que el tanque delente fluido pequeño, de potencia es relativam haciendo que este sistema sea preferido en instalacionesades costadonde afueraely en ciu espacio es un factor determin nte. 13 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


El fluido de potencia más uilizado en el sistema cerrado es el agua por

ue representa

menores riesgos para la seg ridad de losmbiental. trabajadores Sin y menor impacto embargo, se debe agregar lubr icantes, inhibir contra la corrosión do el oxígeno, y remover to aumentando los costos operativos. En la mayoría de los casos,bomba l es lubricada con el fluido de potencia

una pequeña

parte de éste gotea premedita amente hacia la producción. luido Dicha debe ser pérdida de subsanada con fluido limpi

en la superficie. El tanque otenciadeesfluido el de

encargado de remover todas las partículas abrasivas del fluido que de va potenci a ser circulado hacia el pozo.

Fig.1.14Inst

lación supe rficial para un Sistema Cerrado

Se podría pensar que el fluid de potencia debe permanecer completamente l

impio durante

el ciclo de bombeo porque se r un sistema inguna cerrado, fuente en el que no debe haber de contaminación. Sin embar o, los siguientes factores ayudan a entender la ontaminación que sufre el fluido de potencia : 14 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


a. El tanque de fluido de poencia no remueve en un 100% las partículas

el fluido que

llegan a él. b. El fluido de potencia es un poco corrosivo y los productos de la corrosión s on abrasivos. c. Cuando un fluido que conti ene sólidos, aunque seadeunsólidos, pequeño se porcentaje filtra por un espacio muy pe ueño pero largo, comoo,enlos unasólidos bomba de fon tienden a ser retenidos. Esto significa que ntiene el fluido menos que sale de la ranura c sólidos que el que trata de en trar. Entonces, la tendencia pioesy perder retenerfluido li partículas en el circuito del fl ido de potencia. Es de gran importancia hacer un diseño adecuado del sistema, en el que al m

enos parte del

fluido de potencia recircul do sea limpiado de elmanera tanquecontinua de en asentamiento del fluido de po encia.

5.1.2. Sistema Abierto. En el sistema abierto, los f luidos de potencia y de producción se mez lan, haciendo necesario la instalación de instalaciones superficie. de separación A y limpieza en diferencia del sistema cerrad o, el sistema abierto únicamente la tubería necesita de de producción a través de la cual se hará pasar el fluido deopotencia anular entre y del espaci ésta y la tubería de revestim iento para que la mezcla entre y ellafluido producción de potencia salga a superficie.

na vez en superficie, eluysistema similarabierto al es

sistema cerrado, como se pu ede observar en la Fig. a1.15. aguaCuando como se utili fluido de potencia, se debe a regar constantemente lubricantes, e corrosióninhibidores y eliminadores de oxígeno por ue al mezclarse con la producción, os de pierden los aditiv haciendo que el costo se eleve.



Fig.1.15Inst lación superficial para un Sistema Abierto La simpleza de este sistemael menor costo que implica, en comparación

on el sistema

cerrado, hace que sea el más utilizado en instalacionesncon altosBH. cortes En pozos c de agua, que tienden a sufrir de corrosión, mo fluido se acostumbra de utilizar aceite c potencia con el fin de reduci r el corte de agua y porelende pozo.la Otra corrosión en ventaja que se tiene en instal aciones abiertas es el usoa necesitar de aditivos el que pue pozo como lo son los inhibi ores de corrosión. ligeros como Además, el uso de aceites fluido de potencia en este sist ma permite la producción ensidad de aceites APIcon y baja d alta viscosidad, ya que cuand se mezclan los fluidos, dicha mezcla adquiere características de densidad y de viscosidad q e le permiten llegar a la superficie4. Una desventaja del sistema abierto respecto al sistema cerrado es el inc

emento en el

volumen del fluido a tratar e superficie. La mezcla de fluidos que regresa a la superficie debe ser separada de tal m nera que la produccións tanques sea dirigida de hacia l almacenamiento y el fluido e potencia sea enviado a suenrespectivo donde es tanqu 16 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


tratado y adecuado de acuer o con las características propias de diseño de

la operación.

También es necesario contar con sistemas de adecuada control de para enviar la cantida fluido producido hacia tanqu s de almacenamiento y acia la cantidad el tanque adecuada h de fluido de potencia. El fluido de potencia se debe limpiar de manera óptima con el fin de prolon gar la vida de todo el equipo con el que e stá en contacto al máximo. ndo seSintienen embargo, cua arreglos con bomba subsupe ficial libre, se le puede dar menor o al fluido tratamient de potencia (lo cual recae en la instalación deerficiales menor cantidad para de equipos sup tratamiento y por lo tanto en

enor inversión), para simplificar este fluido, la limpieza a d

cambio de la disminución e la vida útil de la bomba, que puede se reemplazada fácilmente en dicho arreglo c n bomba libre.

6. EQUIPO SU PERFI IAL 6.1. Bombas sup erficial s Las bombas superficiales seiseñan para el uso de alta presión y bajos gast

s para reducir

la fricción e incrementar la ca pacidad deLas bombeo presiones y la eficiencia del sistema. en superficie oscilan entre 2 000 lb/pg2 y 4000 lb/pg2, res enteniendo pozos las may profundos4 y los gastos del f luido de potencia van desde arriles unospor cientos día de b hasta más de 3000 bpd. Ge eralmente, las bombass usadas de Bombeo en instalacion Hidráulico presentan proble as cuando manejan ango indicado presiones por debajo del r anteriormente, lo que puede uceder en instalaciones para s bombas un solomás pozo. La utilizadas enla industria son b ombas tríplex ositivo, o quíntuplex comode desplazamiento la que se muestra en la Fig. 1. 17. Las bombas son diseñadas de acuerdo con las características del fluid

de potencia

seleccionado. Para alta presi n y uso de aceite, estas bombas ría y pistones utilizan tube metal – metal y válvulas de tipo bola, componentes que requieren poco Cuando se utiliza agua, las b

antenimiento.

mbas cuentancamiento. con pistones Los y tubería con empa

elementos extras que utiliza son una válvula terruptores de alivio, de manómetros e in 17 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


seguridad. La mayoría de bo bas superficiales son montadas en un patín y

usan motores

eléctricos o de gas.

Fi . 1.17 Bomba superficial Triplex 6.2. Cabezales de distri ución. Estos dispositivos se usan cuando varios pozos utilizan Bombeo Hi

ráulico y la

alimentación del fluido de p tencia se hace cabezales desde unasebatería central. Lo encargan de distribuir el fluid o de potencia hacia cada de pozo cada y la pozo producción hacia el tanque correspondien te. Los cabezales dulares, se como disponen en secciones mo se puede ver en la Fig. 1.18 d tal manera que se pueden agregar o quitar fácil mente.



F g. 1 .18 Cabezal de distribución Los cabezales cuentan con vlvulas de control que regulan la presión en la

zona común a

todos los pozos, dicha presió n es un poco requerida mayor aporla presión más grande cualquier pozo con el fin de

antener el funcionamiento ontrol de lasdeválvulas cada de c

pozo. Para el Bombeo Hidrá lico tipo Pistón onstante se utilizan para válvulas de flujo regular la cantidad de fluido de potencia para cada pozo, el mientras tipo Jet,que se en utilizan válvulas de presión c nstante. Se adicionan cada pozo. también manómetros par Las funciones principales de l os cabezales se pueden resumir en las siguiente : a. Distribuir el fluido decia poten para cada pozo. b. Regular el gasto de fluido e potencia d para cada pozo. c. Proveer un medio para laedición m de flujo hacia cada pozo. d. Proveer un medio para la edición m de la presión en cada pozo. e. Proveer un medio para corr r tapones solubles en las tuberías de superficie. f. Proveer una válvula manual o automática para controlar la presión y desvi fluido de potencia.

r el exceso de 19



6.3. Cabeza de poz o Las características particulare s de la cabeza de los pozos con BH se definen con base en el tipo de bomba subsuperficia que tenga la instalación. entaCuando con unael pozo c bomba fija, el árbol de válvul as cuenta con una tuberíaorte asilada del fluido para el transp de potencia y para evitar que ste se mezcle temas conabiertos el fluido producido4. Los sis utilizan válvulas de 4 vías o d e control de cabeza de pozo, como n la Fig. se observa 1.19. e Esta válvula se ubica en la c abeza de pozo y su función tes modos es proveer de difere operación. Para circular la bo ba subsuperficial, se dirige el ia fluido a través de poten de la tubería de producción. El fluido de potencia inicia la bomba su misión se ya que encuentra en el fondo del po zo y asentada en la válvula la bomba, de pie. el Para saca fluido de potencia se dirige a través del espacio anularbapara y llevarla desanclar la bo hacia la superficie. Cuando l a bomba está en la cabeza del a se pozo, ponela en bom posición de “bypass” permitiendo que la bomba plazada. pueda Lasser removida y ree

funciones anteriores se logran simplemente al cambiar la posición de la válvu la.

Fig. 1 .19 Válvula de 4 ví as

olFde ig.1fl.ujo 20 Válvula decontr constante 20



La mayoría de sistemas inclu en una válvula de presión constante que manti

ne la carga en

la presión de descarga en la bomba superficial a treso avésdedelfluido. desvío del exc Estas válvulas funcionan bajo el principio de una fuerza en un de arreglo resorte ajustable pistón – válvula compensado or presión. Si la presión aumenta en el lado de alta presión, el cual está controlado por los ca bios de carga en el sistema, las fuerzas de p resión en las la provocarán diferentes áreas dentro de la válv la apertura de la válvula y la esviación de más fluido, n definida. restaurando En la presió los sistemas para Bombeo Hidráulico ión tipo constante Jet las válvulas de pres comúnmente son las únicas v lvulas de control en superficie. Para sistemas de Bombeo Hi dráulico tipo Pistón se utilizan válvulas de c constante, como la que se

ntrol de flujo

uestra en la Fig. 1.20. cial La bomba se puede subsuperfi

mantener a una carrera const nte si el gastoene delconstante. fluido de potencia se manti La válvula se diseña para pro eer la cantidad de fluido de potencia a pesaradecuada de las fluctuaciones que pueda hab r en la bomba subsuperficial ambio debido en lasa algún condiciones del pozo. Debid a que esta válvula no desvía be utilizar el flujo, en se d conjunto con un controlador d e presión constante en el lado de mayor presión .

6.3. Tanque de fluido d potencia El tanque de almacenamiento de fluido de potencia es un elemento de suma i

mportancia en

una instalación con Bombeo idráulico. Debido a que se encarga el fluidode de potencia hacer que la bomba subsup rficial funcione, ya sea, es tiponecesario Pisto o tipo Jet asegurarse que en todo mo

ento se cuenta con el volumen on la calidad suficiente y

requerida de fluido. Según sea el sistema de fluid o de potencia, es decir, abierto o cerrado, el ta que de fluido de potencia tendrá mayor o

enor tamaño, respectivamente, de limpieza y los y sistemas

separación de fluidos se adec arán a las necesidades del fluido. 21 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


Uno de los diseños más utilizados para el tanque del fluido de potencia del s

istema abierto

se muestra en la Fig. 1.21. El aceite proveniente del pozo de entra gasalcon separador el objetivo de que sea removid el gas que quedó paradores. después Lade pasar por los s sección superior del separado de gas debe ser de 36’’ para que sea lo más e

ectivo posible

y evitar que el aceite pase a la línea de gas. Una vez el entra aceite al fondo está libre de gas del tanque. locidadEldel tanque utiliza un esparcidor con el propósito de reducir la ve fluido entrante distribuyéndol en toda el área, lo que anque permiteseademás llene que el de manera más uniforme. En el punto medio vertical del tanque, ón se extrae la producci a través de una línea que man tiene el tanque lleno. Desde hacia lael parte punto medio superior, el asentamiento de l fluido de potencia lidos livianos se lleva a cabo. Los s asentados se llevan junto con la producción mientras a los tanques que de almacenamient las partículas pesadas se asien tan en el fondo del tanque y se remueven perió icamente.

Fig. 1.21 Tanquede fluido de potencia para un Sistema Abier to En el caso del sistema cerrad, el tanque de fluido de potencia ás simple, es por un poco m lo tanto, sus costos de insta ación y de mantenimiento ndo seson tienen menores. Cua problemas por espacio en la i nstalación, el tanque más pequeño, del sistema abierto que es 22 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


representa una solución4. síA mismo, se puede decir que en un siste

a cerrado, la

medición de fluidos en el tan ue es más controlada y enexacta consecuencia ya que es más el fluido de potencia y el de p

oducción no se mezclan4.

Cuando se usa agua como flu ido de potencia, se pueden utilizar filtros para

la limpieza de

ésta que remueven partículas hasta de 10 μm, adem delástanque de quedeel tamaño almacenamiento de fluido de otencia se reduce considerablemente. e usa aceite Cuando el método más efectivo para la li mpieza del aceite, ntamiento requieresea que el tanque de as lo suficientemente grande par a mantener la velocidad1del pie/hr aceite para por debajo d densidades menores a 30 °AP y por debajo de 2 pie/hr para res adensidades 30 °API. mayo

7. SISTEMA PARA U

SOLO POZO.

Una planta de poder para pozo un está compuesta por todos los componen

es necesarios,

instalados cerca o en el pozo, para cumplir con todas las funciones van a cabo que seenll un sistema de batería centr al para varios pozos. loEl pozo sistema estápara un s compuesto por un separador as-líquido, separadores centrífugos los sólidospara del quitar fluido de potencia, una bom a superficial y por supuesto, un tanque de al acenamiento para la producción o, en su d fecto, tuberías que lleven launa producción central dehacia almacenamiento para que así se permita la operación Los sistemas continua del sistema. para un pozo son utilizados, comúnmente, en pozos aislados en las oque en el peras espaciamiento es muy amplio. Los componentes de estas u idades se montan en uno o dos patines, haci ndo que sean portables, que requieran poc trabajo en su instalaciónesidad y eliminando de una la nec larga planeación como la qu se hace enneralmente, una central para el varios pozos. Ge mayor trabajo que exige la in

talación de uno de estos sistemas ión de es la línea instalac

del fluido de potencia a la ca eza de pozo y la conexión ida del de tanque la tubería de sal de almacenamiento hacia la tu bería perteneciente a la red de transporte. Generalmente estos sistemas funcionan con arreglos abiertos, es decir, exis

tiendo mezcla

entre el fluido de potencia y los hidrocarburos isten algunos producidos. Sin embargo, e diseños que trabajan con ar reglos cerrados, permitiendo ón netaquevaya la producci 23 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


directamente a la red de tran porte y que el fluido de potencia sea recircula

do. El arreglo

cerrado facilita la realización de pruebas de pozo y evita ella incremento carga en el en sistema de tratamiento en la b tería. En la Fig. 1.22 se observan u n modelo de unidad de potencia para un pozo. Los diferentes diseños que existen para esto s sistemas comparten ciertas icas, características y tienen bá ciertas variaciones entre sí de

endiendo delproveer fabricante. fluidoEstas unidades deben

libre de gas a la bomba supe ficial, proveer medio para o agua la elección como de aceit fluido de potencia, remover l s sólidos del fluido de potencia cidad enycaso ofrecer cap de un incremento de nivel par circular laguna bomba fallasubsuperficial después de al

Fi . 1 .22 Sistema para un solo pozo Cuando se produce con esttipo de unidades, la mezcla del fluido de

potencia y la

producción proveniente del p zo entran al tanque separación donde de sufren un proceso de aceite, gas y agua. El gas libr se libera a presión del tanque un sistema hace de la línea con venteo que asegura una capa e gas dentro del tanque en todo gua momento. y el aceite El a se separan en el tanque y de

endiendo del diseño, se de dirige fluido cierta para cantidad

que sirva como fluido de po encia. El fluido de potencial pasa al menos a través un de desarenador ciclónico para qu e sean removidos la mayorposibles cantidady así de sólidos 24 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


pueda entrar a la bomba suerficial donde es represionado para ser inye

tado al pozo.

Cualquier exceso en la sa lida de la bomba es direccionado hacia el tanque de almacenamiento. El flujo infe rior de los dasarenadores centración contiene de una gran co sólidos que es descargada hac ia la red de transporte o hacia el sistema el tanque. se Cuand estabiliza en el fluido de pote cia seleccionado, el aceite, os agua se mandan y gas produci a través de la tubería que sale del tanque, el cual se mantiene r encima a una presión de la po presión de la tubería. La elección del fluido de pot ncia afecta directamente en los puntos a parti de los cuales salen las diferentes líneas del tanque de almacenamiento, la producción con el fin de que salga hacia la red de transpor e y el fluido de potencia sea redireccionado ia el pozo. Si ha la succión de la bomba superf icial se encuentra en lalaparte salida bajar hacia del tanque y la red de transporte en la part alta, el agua tenderá aaja acumularse del tanqueen la parte y será el fluido de potencia. E n el caso contrario, el aceite parte baja se acumulará del en la tanque de almacenamiento y s erá el fluido de potencia. La limpieza del fluido de tencia p se hace por medio de desarenadores

iclónicos que

requieren una diferencial de p resión a través de ellos. El l fluido camino dentro que sigue e del desarenador se muestra n la Fig. 1.23, limentación entrandoy por la boquilla de a dirigiéndose hacia la parte baj a del cono con un flujo en forma de espiral. L conservación del momento angular dicta q e la velocidad rotacional a medida del fluido queincremente el radio de curvatura disminu ye. Cuando elrotacional, fluido cuenta es con alta velocidad limpiado por medio de fuerza centrífuga. El fluido limpio del núcleo asciende dela través vórtice hacia la salida del d

sarenador, mientras quea través el fluido de sucio la sale

boquilla de la parte inferior. xisten diferentes tamaños iendo de desarenadores, los más s pequeños aquellos que tienen menores gastos pero mayores eficiencias de limpieza.



ig. 1 .23 Desarenador ciclónico 7.1. Sistema de levantiento a bombeo hidráulico Una bomba hidráulica es unispositivo d tal, que recibiendo energía mecánica

de una fuente

exterior, la transforma en un a energía de presión transmisible a otro de de un un lugar sistema hidráulico a través d un líquido cuyas recisamente moléculas a estén sometidas esa presión.Los sistemas de b mbeo hidráulico proporcionan una flexibilidad extraordinaria en la instalación y capacid d de funcionamientoplia paragama cumplir de una am requerimientos de extracción rtificial. La instalación de la potenci superficial puede ponerse en un lugar centra

para servir a

pozos múltiples, o como una nidad conveniente montada sobre da enpatín el lugar localiz del pozo individual.



El requerimiento de equipo ínimo m en el cabezal del pozo acomoda de cerca

el pedestal de

perforación espaciado de c erca, o las terminaciones sí como de plataforma, los requerimientos superficiales d e perfil bajo. El bombeo hidráulico se ba sa en un principio sencillo: “La presión eje cida sobre la

superficie

de

un

fluido

se transmitetodascon lasigual intensidad e

direcciones”.Aplicando este p incipio es posible inyectar desde lan superficie fluido a alta

presión que va a operar el pi tón motor de la unidad de subsuelo o del pozo. en el El fo nd pistón motor esta mecánicam nte ligado a bear otro elaceite pistón que se encarga de bo producido por la formación. Los fluidos de potenciagua másy utilizados crudos son livianos que pueden provenir el mismo pozo.

Ventajas -Pueden ser usados en pozos rofundos (+/- 18000 pies). -No requieren taladro paraover re el equipo de subsuelo. -Puede ser utilizado en pozos desviados, direccionales y sitios inaccesibles. -Varios pozos pueden ser conrolados y operados desde una instalación centra

ldecontrol.

-Puede manejar bajas concent raciones de arena.

Desventajas -Costo inicial alto -Las instalaciones de super fici e presentan mayor riesgo, por la presencia de al tas presiones. -Altos costos en la reparación del equipo. -No es recomendable en depozo alto RGP. -Problemas de corrosión. -El diseño es complejo. 27 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


Teóricamente el bombeo hid ráulico aparece como la solución a todo tipo

deproducción

artificial de pozos petroleros. Sin embargo, factores prácticos, inantes encomoconta el aceite, arena, agua y sólidos en suspensión, depositación tuberías deparafinas y en en las general el excesivo costo de tratamiento particularmentecuando ón posee alto la producci corte de agua hacen que su atr activo sea menor.

7.2. Bomba hi dráulica Sistema de levantamiento art ificial que funciona con una bomba de fondo de pozo. Una bomba hidráulica de superfic ie presuriza el petróleo ocrudo motriz, llamado que petról hace funcionar la bomba in erior. Cuando roducción, se utiliza el una sola sarta de petróleo motriz se bombea acia abajo por produce la tubería una de producción y s mezcla del petróleo crudo de la formación spacio y el petróleo anular motriz, a través del comprendido entre la tubería e revestimiento y la tubería se utilizan de producción. dos Si sartas de tuberías de produc ión, el petróleo motriz se bombea e una de a través las tuberías y la mezcla de petról eo crudo de la formaciónproduce y petróleo en lamotriz se otra tubería paralela.

7.3. Levantamiento arti ficial Cualquier sistema que agregaenergía a la columna de fluido de un pozo con el objetivo de iniciar y mejorar la producci n del pozo. ificial Los sistemas utilizande levantamiento art una diversidad de principios e operación, incluidos el bombeo mecánico, el levantamiento artificial por gas y las bombas eléctricas sumergibles.

7.4. Bomba embolo Un sistema de bombeo para operaciones de levantamiento artificial que util iza una fuente de energía de superficie para ccionar un arreglo de bomba Un arreglo de fondo de de pozo. balancín y manivela genera u n movimiento alternativoasendeuna bombeo sarta de varill que se conecta al arreglo de bomba de fondo de pozo. un arreglo La bomba de contiene pistón y válvulas para conve tir el movimiento alternativo ertical en de movimiento los fluidos. 28 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


7.5. Varilla de b ombeo Una varilla de acero que se ut iliza para enroscar el arreglo mecánico entre lo componentes de superficie y los componen es de fondo mecánico. de pozo Las de un sistema de bombeo varillas de bombeo tienen un a longitud comprendida entre 07 pies] y 9 my[son 25 y roscadas en ambos extremos ara permitir correr y recuperar con facilidad lo componentes de fondo de pozo.

7.6. Bomba de ba lancín Un sistema de bombeo para peraciones de levantamiento artificial que util iza una fuente de energía de superficie para ccionar un arreglo de bomba Un arreglo de fondo de de pozo. balancín y manivela genera u n movimiento alternativoasendeuna bombeo sarta de varill que se conecta al arreglo de bomba de fondo de pozo. un arreglo La bomba de contiene pistón y válvulas para conve tir el movimiento alternativo verticalen de movimiento los fluidos.

7.7. Petróleo motriz En bombeo hidráulico, petról eo crudo que se presuriza en superficie para d r energía a la bomba de fondo.

8. SISTEMADELEV

NTAMIENTO DE BOMBEO MECANICO

El bombeo mecánico conven ional, es el método artificial de levantamiento antiguo del mundo, el cual c

más común y

nsiste principalmente enelo unadebomba accióndes subs

reciprocante abastecida por e ergía, la cual proviene e combustión de un motor eléctrico o interna. El método de bombeo mecáni o convencional, es una yherramienta efectiva en muy simpl las condiciones apropiadas pa ra su funcionamiento yelhasersido humano un fiel aliado d en su búsqueda y extracción p or el muy preciado petróleo. 29 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


Sin embargo, los retos quepresentan s en la industria con yacimientos m

s profundos o

con características diferentes , nos obligan tamiento a utilizar para otros métodos de leva poder obtener el mayor benefi cio del yacimiento encontrado. Este tipo de levantamiento grcias a su simplicidad es posible usarlo en casi de pozo que requiera de l

cualquier tipo

vantamiento, sin embargo icos como tienelalímites fís

profundidad y volumen a levantar. El bombeo mecánico es un p rocedimiento simple de succión y transferencia casi continua del petróleo hasta la superfic ie, el cualextracción tiene su principal de aplicación en la crudos pesados y extra pesad s, pero también se llega aión utilizar de crudos en la produc medianos y livianos. Este como cualquier otro mét do de levantamiento tiene sus ventajas y desve tajas.

Ventajas: El diseño es poco complejo. El sistema es eficiente, simple y fácil de operar por el personal de campo. Es aplicado en crudo altamente pesadoviscoso. Puede utilizar combustiblelectricidad oe como fuente de energía. El equipo puede ser mperatura operar a t elevadas. Permite variar la velocidad dembolada y longitud de carrera para el contro

l de la taza de

producción.

Desventajas: La efectividad del sistema pu de verse afectada del gas. severamente por la presencia La presencia de arenas ocasio an el desgaste severo del equipo. 30 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


Requiere altos costos y mante nimiento. Posee profundidades limitada . El equipo es pesado uchoy espacio. ocupa La taza de producción n rápidamente. declina El método de bombeo mecáni o convencional, es una herramienta muy simpl

y efectiva en

las condiciones apropiadas pa ra su funcionamiento yelhasersido humano un fiel aliado d en su búsqueda y extracción p or el muy preciado petróleo. Sin embargo, los retos que presentan s en la industria con yacimientos m

s profundos o

con características diferentes, nos obligan tamiento a utilizar para otros métodos de leva poder obtener el mayor benefi cio del yacimiento encontrado.

9. BOMBEOHIDRÁU ICO TIPO PISTÓN La producción de petróleo requiere el consumo de energía para levant

r el fluido a

superficie; esta energía puede ser suministrada imiento inicialmente (flujo por el mismo ya natural), pero a medida que la presión declina, istrar seenergía hace necesario sumi externa(métodosdelevanta

iento Artificial). En cuanto co, su al bombeo misión, hidráuli

es la de transformar la energí a mecánica suministrada re (eléctrico por el motor o de arrast de combustión Interna) en en rgía oleo hidráulica. Dicho a bomba de otra debemanera, un suministrar un caudal de ace ite a una determinada hidráulicopresión. la En el bombeo energía se transmite por un fl ido a alta presión.Bombeo Hidráulico Tipo Pist ón El bombeo hidráulico, como ualquier otro sistema es introducido artificial de producción al pozo cuando la energía natural de é ste no es suficiente para que pueda fluir de man ra Económicamente óptima o entable r a un gasto de producciónor deseado, lo que es necesario



Restaurar una presión adec ada proporcionando energía adicional por

edio de este

sistema para poder elevar los fluidos asta la superficie da presión. manteniéndoles una determin El bombeo hidráulico tipo pi stón consiste po superficial de un sistema integrado de equi (motor y bombareciprocante) acoplad a una tubería conectada al pozo; este eq ipo transmite potencia a una unidad instalada a una d

eterminada profundidadndo (pudiendo del pozo)ser ésta el f

mediante acción hidráulica. El flujo de fluido motriz iny ctado acciona este equipo subsuperficial, cons istente de una bomba y un motor como elemento principales que impulsan rmación el fluido a la de la f superficie, manteniéndoles una presión a ecuada. Las características más impor antes de este sistema artificial de producción so

n:

1. Puede alcanzar mayores pofundidades quelexibilidad otros sistemas. de Debido a la este sistema ha permitido la explot ación de pozos a profundidades hasta de 18000 pie. 2. La bomba subsuperficial se puede recuperar del bombeo fácilmente. Una de las ventaja hidráulico es la facilidad co n que se instalan y recuperan las bombas s bsuperficiales (Bomba tipo libre).



Para recuperar una bomba, la irculación se invierte en la sarta de producción

, a fin

de desanclarla de su asiento. A continuación se circula rno del por fluido la sarta del reto motriz (o por el espacio anular) para llevarla a la superficie, donde ulo para caesuen un receptá correspondiente cambio. Para introducir una bomba la inversa. la operación se efectúa a 3. Buena flexibilidad de gast os de producción. La de instalación bombeo de es este tipo ideal cuando se tienen a gran profu

didad, a bajaite, presión grandes y bajas relaciones gas-ac

volúmenes de fluido por prod cir (hasta 5000 bl/día). 4. Puede operar en pozos direcionales. Es el sistema artificial de producción

mas indicado

para operar en pozos direc ionales, a diferencia del bombeo mecánico convencional, bombeo neumático o electrocentrífugo , los cuales presentan ciertas desventajas. 5. Control del sistema de vari os pozos desde un punto único. Desde ese pun puede:

o, el operador

a) Cerrar o abrir uno, cualquie ra o todosde lospozos. pozos, o la combinación deseada b) Graduar la velocidad de la omba en cada pozo. c) Medir la velocidad demba la boen cualquier pozo. 6. Fácil adición de inhibid res. Debido al estricto control del fluido

otriz, pueden

agregársele a éste, toda clase de inhibidores que sea necesarios en la superficie. 7. Manejo de crudos pesados. Esto estará en función de la capacidad de la bo

ba 33



subsuperficial y de su eficiencia. Pero dado el amplio rango de bombas subsu

erficiales

existentes, el manejo de fluios de alto peso sin específico disminuir puede ser factible losritmos de producción preestablecidos. Uno de los principales elem ntos del Bombeo Hidráulico en general es el

fluido motriz

(aceite o agua). Dicho fluido tiene co mo funciónrialapara de proporcionar la energía necesa accionar el motor de la unidad de producción y además slubricar del sistema. todas las part

Las características más imp rtantes que deberá pose er el fluido motriz s n: a) Fluido limpio. Debido a quel fluido motriz es del estará en contacto con las part equipo superficial y subsuper icial, es recomendable que este no contenga impurezas que puedan, provo ar problemas subsecuentes, tales como: corrosi

ón,

y/o abrasión de la tubería de iyección, obstrucción de las tuberías o mal funcionamiento del motor. b) Contenido de sólidos míni o. Es necesario que el tipo de fluido que se elij a o Seleccione como fluido motri , no contenga más de 20 p.p.m. de sólidos, el t maño de las partículas sólidas no deerá exceder a 15 micrones y el contenido de sa

l no

ser mayor de 12 lb/1000 bl. d aceite. c) Baja Viscosidad. Esta caraterística será uno de los factores para poder ele

ir el tipo

bomba superficial, ya que si e l fluido motriz es sumamente viscoso, la presió de descarga requerida para la bo ba deberá ser sumamente alta para moverlo, p r lo que se necesita que la viscosi ad sea la más baja posible. 34 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


d) Alto poder de lubricación.sta característica es debida a que el fluido mot

iz estará

en contacto directo con todas as partes mecánicas del motor superficial y por lo tanto tendrá como función la e lubricar cada una de las partes ue constituyen dichomotor.

El bombeo hidráulico se basa en un principio sencillo:xpone Ley de quePascal, La la cual presión ejercida sobre la supe rficie de un fluido se transmite con igual inten sidad en todas 35 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


las direcciones´. Así se mite tras presión desde un equipo de bombeo

entralizado o

individual en la superficie a t ravés de una tubería lquier llena número de líquido, hasta cua de pozos petroleros. Aplicando este principio es p osible inyectar desde la superficie un fluido a al ta presión que va a operar el pistón motor e la unidad de subsuelo o. Este en elfluido fondo del poz conocido como fluido de pot ncia o fluidobamotor, deBombeo es utilizado por una bom Hidráulico subsuelo que actú a como un transformador rgía parade convertir dicho la en fluido a energía Tipo Pistón p otencial • Apropiado para pozos dos. profu Hasta 18000’. • Excelente en pozos desviado s. • Buena flexibilidad aales los cau de producción. • Aplicable a procesos automatizados. • Fácil remoción de la para bomba efectuar limpieza. • Facilita la inyección de quí icos. • Requiere gran ca ntidad de a

eite en el sistema de energía.

• Los costos de instalación quipos y son muy altos. • No es fácil localizarn daños el equipo

. Bombeo Hidráulico Tipo Pistón

9.1. Ciclo de bombeo. El fluido de potencia inyect do a alta presión es dirigido hacia la parte a lta del pistón, mientras que el fluido agotad es dirigido hacia la válvula del motor s de laacual travées descargado. Cuando el pistó n alcanza el final de la, carrera el diámetro descendent reducido en la parte alta de la varilla de la válvula presiónpermite entre que el fluido a alt por debajo de la válvula, com o se observa en la Fig. 1.25. lvulaDebido tiene una que la v diámetro mayor en la parte ba a, ésta se moverá hacia arriba. 36 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


Una vez que la válvula del mtor se encuentra en la parte superior, como en

a Fig. 1.26, el

flujo hacia el pistón se invier e iniciado la carrera ascendente. tón finaliza Cuando la el pi carrera ascendente, como se e en la Fig. 1.27, el diámetro ereducido la parte cerca baja d de la varilla de válvula, cone ta el área bajo la válvula e baja a lapresión descarga zona d del motor. Teniendo alta pre ión en la parte alta de la válvula ón enylabaja parte presi baja, la válvula se moverá a s posición inferior y el ciclo inicia de nuevo.

Fig.1.25Findec arrerad motor

escendente del

Fig. 1 .26 Carrera asce motor

dente del

En la Fig. 1.28 se observa laarrera descendente omba de bombea la bomba. Este tipo de b fluido tanto en la carrera desc endente como en la carrera ascendente. has en la Las Fig.fle 1.28 indican la entrada de los hidrocarburos en el lado a, llenando izquierdolade la bom parte superior del cilindro,

ientras que el fluido que seo encuentra de éste, esdeba

descargado a través de la válv ula check que selaencuentra bomba. en el lado derecho d Gracias a que el motor y la b mba se encuentran unidos, rerala puede longitud serde la ca controlada de una manera pr cisa. Poder controlar con de precisión la carrera la longitu 37 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


permite que el volumen que queda sin bombear dentro de la bomba sea

muy pequeño,

obteniendo así altas relacio es de compresión. ompresión Las altas se relaciones de traducen en alta eficiencia v

lumétrica aun cuando hay evitan presencia que sede gas y

genere candado de gas. Las válvulas del motor y s

mecanismo de apertura incluyen controles que permiten

cambios suaves y limitan la velocidad del pistónno cuando se llenala bomba completamente, ayudando a

inimizar el golpe de fluido. De , loesta golpes manera de

carga en la bomba y los gol pes de arieteeduciendo en las tubería los son suavizados, r esfuerzos y aumentando la vi a útil de los equipos.

Fig. 1 .27 Fin de carrera as cendente del motor

Fig. 1 .28 Carrera descendente de la bomba

9.2. Presiones y fuerzas en las bombas reciprocantes. El funcionamiento de una boba reciprocante depende de una presión que ac úa sobre el las caras del pistón generar fu rzas, y de velocidades nte bajas de fluido lo suficientem 38 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


como para que los efectos din ámicos puedan ser considerados despreciables. n fluido a alta presión ejerce una fuerza perpendicular contiene a las paredes y del recipiente que l sobre éstas. Si el contenedor p resurizado consiste de uno de cilindro sus cerrado de u extremos y en el otro equipad con un pistón móvil, como el que n la se Fig. muestra 1.29, e una fuerza se aplicará al pistó para resistir resión. la fuerza Se aplicada por el fluido a necesita una fuerza de 1000 l f contener un pistón con una sección l de área transversa 1 pg2 si la presión en el cilindro es 1000 lb/pg2. =

… (1.1)

Donde : Fuerza, lbf : Presión, lb/pg2 : Área, pg2 La condición anterior permite el equilibrio estático para el pistón cuando toda s las fuerzas están balanceadas y no existe ningún movimiento. ría conectada Cuando se supone una tub en el extremo del cilindro que estaba cerrado, ba que como en la Fig. 1.30, y una bo provee fluido a un gasto de 1 g2/s, mientras se mantiene /pg2, la presión el pistóna 1000 lb se moverá a una rapidez const ante de 1 pg/s condición contra la defuerza de 1000 lbf. En l equilibrio dinámico expuesta nteriormente, el sistema ejerce ste se defina trabajo ya que é como fuerza por distancia (Ec . 1.2). =

… (1.2)

Donde : Trabajo, pg-lbf. : Distancia, pg



Fig. 1 .29 Presión y fuerza n un arreglo estático pistón – cilindro

Fig. 1 .30 Presión, fuerza y flujo en un arreglo dinámico pistón cilindro

9.3. Nivel de fluido Una bomba hidráulica de pr

ducción consta de un acople entre el motor y la bomba. La

unidad es instalada debajo del nivel del fluido a extraer. MOTOR BO MBABombeo Hidráulico

10. LEMVANTACION IDRAULICO TIPO JET El bombeo hidráulico tipoesje un sistema artificial de producción especia

l, a diferencia

del tipo pistón, no ocupa par tes móviles y su acciónpordemedio bombeo de se realiza transferencia de energía entr el fluido motriz y los fluidos as bombas producidos. jet L operan bajo el principio de

enturi. Fig. 7.1. El fluido motriz n entra a alta en presi la

tobera de la bomba, la presió se reduce debido a la oalta motriz. velocidad Esta del fluid reducción de la presión hace ue el fluido producido se introduzca ra y seenmezcla la cáma con el fluido motriz. En el di fusor, la energía convertida en forma en de alta velocidad es una alta presión, suficiente p ra bombear el gasto deroducido fluido motriz a la y fluido superficie.



Por lo anterior, en el sistema e bombeo hidráulico tipo jet únicamente se te

drá el sistema

abierto de fluido motriz En este sistema artificial de p

oducción se requiere de una presión de succión relativamente

alta para evitar la cavitación, además de que la eficiencia ; sin embargo mecánica es baja presenta ventajas sobre el bo beo hidráulico tipo pistón como son: ƒ •

Permite manejar cualq uier tipo de fluidos (aún contaminados)

•

La bomba sub-superfi ial es de fácil instalación

•

Se adapta a cualquier rofundidad en el pozo. ƒ

•

Permite obtener gastos mayores

Al igual que el bombeo hidrálico tipo pistón, el tipo jet utiliza agua o aceite

como fluido n

este capítulo se tratan proble as relacionados a los cálculos las abe aclarar de eficiencia de que en dichos problemas par a calcular la presión dea descargas motriz. Las de la bom bombas jet generalmente req ieren más potencia superficial tipo pistón que lasyabombas que son menos eficientes. E b ombas jet, parámetros así como losdecorrespondientes a los diseño (gasto de inyección el fluido motriz, presiónidodemotriz inyección y del fl potencias de las bombas su

-superficial y superficial) s dede bombeo las instalacion

hidráulico tipo jet. C sub-su erficial, P2, se utilizarondecurvas presión de en gradiente tubería vertical (para el caso d onde el gas pasa a través de la bomba)



El bombeo tipo jet es una variante del bombeo hidráulico, el cual ha in

rementado su

aplicación debido a su flexibi lidad y durabilidad. El principio sistema básico d El de est bombeo tipo jet es una var iante del bombeo rementado hidráulico, su el cual ha inc aplicación debido a su flexib ilidad y durabilidad. El principio te sistemabásico de de e levantamiento artificial, es in ectar un fluido a alta presión l pozo hacia (fluido el fondo d motriz), para transferir energ a a la bomba de fondo yr de operarla. esta manera El pod bombeo hidráulico tipo jet ti ne la ventaja de que se spuede profundos aplicary en pozo desviados e levantamiento art ificial, es inyectar un fluido a aalta el presión fondo del haci pozo (fluido motriz), para tra nsferir energía manera a la poder bomba de fondo y de esta operarla. El bombeo hidráuli o tipo jet tiene la ventajalicar de que en pozos se puede ap profundos y desviados En las bombas de desplazam iento positivo, como en el caso del bombeo idráulico tipo pistón y del bombeo mecánic o, se reducedos su vida presentes, útil cuando se tienen sóli este efecto también se prod ce en el bombeo electrosumergible. argo, esto no Sin em sucede cuando se utiliza el bombeo hidráulico tipo ne jet, partes ya en que no ti movimiento. Además es pos ible operarlo durante corrosivos másytiempo en medios fluidos que contienen arena

10.1. Bombas hidráulica Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía le delque fluido mueve. incompresib El fluido incompresible pued ser líquido o una mezcla s como de líquidos puede y sólido ser el hormigón antes de frag ar o la pasta de papel. Al delincrementar fluido, se la energí aumenta su presión, su veloci dad o su altura, todas ellas l principio relacionadas de según Bernoulli. En general, una omba se utiliza para incrementar de un líquido la presión añadiendo energía al sistema idráulico, paramenor moverpresión el fluido de una zona de o altitud a otra de mayor presi ón o altitud.



Existe una ambigüedad ena utilización l del término bomba, ya que ge

neralmente es

utilizado para referirse a las áquinas de fluido mbean quefluidos transfieren energía, o bo incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad diferencia de sude fluido de trabajo, otras máquinas como lo son l os compresores, cuyo campo a neumática de aplicación y es l no la hidráulica. Pero tambi én es común encontrar ra elreferirse términoa bomba p máquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son e vacío las bombas o las bombas de aire.

10.2. Sistema ar tificial p r bombeo hidráulico Una bomba hidráulica es unispositivo d tal, que recibiendo energía mecánica

de una fuente

exterior, la transforma en un a energía de presión transmisible a otro de de un un lugar sistema hidráulico a través d un líquido cuyas recisamente moléculas a estén sometidas esa presión. Los sistemas de bombeo hidráulico proporcionan un

flexibilidad

extraordinaria en la instalaci n y capacidad de funcionamiento ir una amplia para cump gama de requerimientos de e xtracción artificial. ia superficial La instalación de la poten puede ponerse en un lugar central para servir a pozos o unamúltiples, unidad o com conveniente montada sobre patín localizada ndividual. en el El lugar del pozo i requerimiento de equipo míni mo en el cabezal del pozoel acomoda pedestal de cerca perforación espaciado de c erca, o las terminaciones sí como de plataforma, los requerimientos superficiales d e perfil bajo.



El bombeo hidráulico se ba sa en un principio sencillo: “La presión eje cida sobre la

superficie de un fluido se transmite con igual intensidad en todas las direcciones”. Aplicando este principio es p sible inyectar desde la superficie ta presión un fluido que a al va a operar el pistón motor d la unidad de subsuelol en pistón el fondo motordel pozo. E esta mecánicamente ligado a tro pistón que producido se encarga porde bombear el aceite la formación. Los fluidos de p otencia más utilizados os sonque agua pueden y crudos livian provenir del mismo pozo. En cuanto a su función, p

demos considerar dos posibilidades extrema s de bombas:

un gran caudal a pequeña presión. La misión evidentementenarllerápidamente las conducciones y cavidad

s del circuito

(como ocurre al hacer salir un cilindro que trabaje en vacío). Un pequeño caudal a altaprsión.Servirán para hacer subir y mantener la

presión en el

circuito. Claro que en la mayoría de l os casos no se van a usar ue buscar dos bombas un y hay compromiso entre estos extre mos.Otras consideracionesd llevan de construir a la necesida bombas que tengancaracteríst icas determinadas.Así, dad constante para obtener una veloci en un cilindro, nos hará falta na bomba de caudal constante. Las bombas se fabrican en m chos tamaños y formas - mecánicas y manuales

- con muchos

mecanismos diferentes de bo beo y para aplicaciones muy distintas.

10.3. Capacidades de Fu cionamiento Las capacidades de funci namiento significativas de este sistema

e hidráulico

deextracción incluyen: •Caudales de producción desd e 100 hasta 15.000 BPD

- ajustables en la supe rficie, del 20 a

100% de capacidad •Profundidades de operación

ayores de 15.000 pies



•Selección de bombas de cho rro de pistón de desplazamiento positivo para

que funcionen

en tubos de 2" a 4 pulgadas •Las bombas de desplazami ento positivo pueden lograr máximo volumen

de desagüe

remanente •Las bombas de chorro manej n altas relaciones de gas/petróleo, y fluidos

del pozo que son

arenosos, corrosivos o de alta temperatura •Uso del agua o crudo produci do como fluido de potencia •Sistemas de fluido de poten ia cerrados para que las instalaciones de

labo mba de pistón

aíslen el fluido de potencia de la producción •Las bombas de chorro y destón p pueden encajar intercambiadas en el

mismo conjunto del

fondo del pozo de "bomba lib e

Ventajas -Pueden ser usados en pozos rofundos (+/- 18000 pies). -No requieren taladro paraover re el equipo de subsuelo. -Puede ser utilizado en pozos desviados, direccionales y sitios inaccesibles. -Varios pozos pueden ser conrolados y operados desde una instalación centra

ldecontrol.

-Puede manejar bajas concent raciones de arena.

Desventajas -Costoinicial alto -Las instalaciones de super fici e presentan mayor riesgo,por la presencia dealt s presiones. -Altoscostosen la reparación el equipo. -No es recomendable en depozo alto RGP. 45 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


-Problemasdecorrosión. -Eldi eñoes complejo

10.4. Mecanismo de ope ación Al fondo de la sarta de tubría de inyección, el líquido a presión se int

oduce en una

sección motriz hidráulica, col cada por debajo del nivel de fluido a producir. El fluido motriz a presióntaalacciona la sección motriz en el fondo del ozo en forma reciprocante al exponer altern adamente diferentes áreasando de unalpistón, fluidoimpuls presurizado.3 La alternación de esta exposi ción a la presión se controla ula demediante control una vál que invierte su dirección, esta válvula es parte de la seccióna de motriz la bomba hidráulic en el fondo del pozo. El movimiento reciprocante el pistón impulsor se transfiere, a través de un acoplamiento mecánico, a una bomba a pist n (similar a una a descendente bomba de varilla). En la carre de la sección motriz, el pistó n de la parte que bombea o, llenando se mueveel hacia abaj interior de la sección que bom bea con fluido del interior del pozo. En la carrera ascendente,l pistón de la sección que bombea despla

a los fluidos

producidos a un conducto de retomo, por donde se alza hasta , junto la superficie con el fluido motriz que ya cumplió su papel en este ciclo.



11. SISTEMASC OMBINAOS QUE EMPLEAN AL BOMBEO HIDR

ULICO

TIPO J 11.1Principios básicos del B mbeo Neumático (BN) El BN es uno de los Sistemas Artificiales de Producción (SAP) más comunes dentro de la in dustria petroler en México y en el mundo. En la Fig. 3.1 se ob erva el sistema completo de BN: cnsiste en la inyección de gas a alta presión con el fin de aligerar la columna de l íquidos queuir se la tiene dentro del pozo para dismi presión de fondo y que, de est a manera, se puedan producir los hidrocarburos aportados por la formación. L s factores más importantes a considerar dentro

del

diseño de un sistema de BN s n: la posibilidad de tener una fuente confiable e gas y el costo que representa l a compresión de dicho gas para poder ser inyectado dentro del pozo a al ta presión. La inyección del gas se realizpor medio de una línea de gas, a través de la c

al

viaja el gas proveniente de unestación de compresión y llega al árbol de vál

ulas

para ser inyectado dentro del ozo a través de la TR. Una vez que el gas está dentro del pozo, pasa a la TPtravés de una válvula operante que se aloja de

tro

de un mandril que puede estar dentro o fuera de la tubería, dependiendo si la válvula es permanente o recu erable.

Instalación de BN El BN se puede implementar e dos maneras: 1. De manera continua, denoinado Bombeo Neumático Continuo (BNC), en el cual se inyecta el gas de ma nera ininterrumpida, de tal forma que el pozo produce constantemente medi ante el principio explicado anteriormente. 47 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


Este método es adecuado para pozos con alto Índice de Productividad y Presiones de fondo altas.

2. De manera intermitente, de

ominado Bombeo Neumático Intermitente

(BNI), utiliza la inyección insantánea de un cierto volumen de gas para desplazar un bache de líquido a través de la TP hacia la superficie. Se aplica principalmente a pozos con bajo índice de Productividad, baja RGL de yacimiento, bajas presione de fondo y bajos gastos. El uso del BN incrementó a prtir del final de la II Guerra Mundial debido a l os avances que hubo en el equipy en las técnicas de diseño del sistema. Las primeras aplicaciones de BNtilizaron aire como gas de inyección, pero debi

oa

los problemas de corrosión y l riesgo de una explosión, se inició el uso de g a s natural. El gas natural sigue endo si el gas más utilizado para la implementaci

n de

este SAP, aunque en algunas plicaciones se utiliza nitrógeno.

Ventajas y limitantes El BN es uno de los SAP más utilizados ya que, incluso una instalación con u n mal diseño puede llegar a entregar producción. Los pozos altamente desviados co producción arena y tiene unalta RGA de formación son excelentes candidat

s

para BN cuando se necesita uSAP o se requiere un incremento de la produc

ión

de una pozo fluyente. Las válvulas recuperables se ueden sacar del pozo por medio de una operaci n con línea de acero. Las válvul as del BN son un dispositivo simple con pocas partes móviles. El equipo para un solo pozo no es muy caro. El equipo de superficie para controlar la in ección de gas es simple y requiere de poco mantenimiento y poco espaci para su instalación. Las primeras limitantes parasl operaciones con BN son la falta de gas de 48 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


formación o proveniente de ua fuente externa y de espacio disponible para l

s

compresores dentro de una pl taforma. Generalmente, no se aplica BN para u n solo pozo o pozos con un esp ciamiento amplio que no permitan la instalació

de

una planta ciadoscon central la de energí . El BN puede intensificar los problemas aso producción de crudo viscoso. Otros factores que pueden afe tar de manera negativo a un equipo de BN sn una TR vieja, gas amargo y tuberías largas d diámetro pequeño. El uso de as húmedo sin deshidratación reducirá la confiabilidad del BN. Adicionalmente, se pueden no mbrar las siguientes ventajas y desventajas del N:

Ventajas: • Pocos problemas al manejar grandes volúmenes de sólidos. • Manejo de grandes volúmen es en pozos con alto IP. • Flexibilidad de cambio BNCentre y BNI. • Discreto en localizaciones

u banas.

• Fuente de poder ubicable, jadaalde la localización. • Opera en pozossin condificultad. alta RG • Opera en pozosiones con termina desviadas. • La corrosión usualmente es adversa. no • Aplicable costa afuera.

Desventajas: • Disponibilidad del gas de in

ección.

• Dificultad para manejar emu lsiones. • Formación de hidratos gelamiento y con del gas. • Problemas conerficie líneas de obstruidas. sup • Experiencia mínima del personal. • La tubería de revestimiento ebe de resistir pre

siones elevadas. 49



Tipos de instalación de BN Tanto el tipo de instalación co mo la clase de válvula que se va a usar en una instalación de BN dependen d el flujo de gas que s e tendrá en el pozo, es decir , si Es una instalación de BNC o e BNI.

Otros de los factores que tanafec en la selección del tipo de instalacin son: las condiciones del pozo, la terminación pozo, la producción de arena los contactos agua – aceite y gas – aceite. A

del

continuación se presentan algnos de los tipos de instalación más comunes pa ra BN.

Instalación abierta En este tipo de instalación, qu e se muestra en la Fig. 3.2, se tiene la TP con lo s mandriles de BN suspendida in susar empacador, permitiendo la comunicació

n

entre la TR y la TP del pozo.os pozos candidatos para este tipo de instalaci

n

son aquellos que tienen un niv el alto de fluidos y que ofrecen un sello natural

de

fluido. Lo anterior hace que e ta instalación esté restringida en la mayoría de casos para pozos con BNC, siembargo se puede instalar en pozos con BNI cuando por algún motivo difeente a las características del SAP en cuestión n

lo

permite. Uno de los inconvenientes de esta instalación es la variación del nivel de flui o causada por los cambios en slapresiones en la superficie. Cuando el nivel del fluido desciende por debajo dl punto de inyección, las válvulas que se encue

tran

por debajo de este punto se someten a erosión por culpa del fluido. Otro de lo s problemas se da cuando la op ración del pozo debe detenerse y al reiniciar la operación, el pozo debe ser descargado y reestabilizado debido al incremento

en

el nivel del fluido.

Instalación semicerrada 50 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


La diferencia entre esta instalción y la instalación abierta es el empacador qu

e

aísla la TR de la TP, como se observa en la Fig. 3.3. La ventaja principal que ofrece la instalación cerrada e s la imposibilidad que tiene todo tipo de fluido ara pasar hacia el espacio anular, incluso cuando se hace la descarga del pozo. El empacador evita además, que la presión del gas actúe sobre la formación. Se Considera que la instalación s micerrada es adecuada para flujo continuo eint ermitente.

Instalación cerrada Este tipo de instalación es mu y similar a la instalación semicerrada, pero ade ás del empacador se tiene una válvula de pie en la TP, como se tiene en el siste

a

de la Fig. 3.4. Dicha válvula previene que la presión del gas llegue a actuar so bre la formación cuando ya se encuentra en la TP. La válvula de pie debe ser pue

ta

en instalaciones de BNI ya equel no hacerlo puede producir una reducción en

la

Producción diaria.

Bombeo Neumático Continu o (BNC) En el BNC se introduce un volumen continuo de gas a alta presión a la tuberí

de

producción para aligerar la co lumna de fluido hasta que la reducción en la presión de fondo permita que el pozo produzca con el gasto deseado, nterior, Para se lograr usa lo a una válvula operante que permitirá la inyección lo ás profunda posible del gas disponible en conj nto con una válvula que actuará cmo un orificio variable para regular el gas inye

ctado

desde la superficie dependieno de la presión en la TP. Este método es usado en pozos con alto Índice de Productividad y una presión de fondo alta relativa

a

la profundidad del pozo. El BNC es considerado como una extensión del flujo natural del pozo, ademá s de ser el único SAP que se ve am pliamente beneficiado por un alto contenido de gas liberado por parte del crudo p oducido. En un pozo fluyente (sin necesidad de SAP 51 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


para tener producción) el líqui do asciende a través de la TP y libera gas disue

to a

lo largo de su ascenso. La ene rgía del gas liberado y el proceso de expansión ue sufre cada molécula de gas ay dan a que el líquido siga su camino hacia la superficie. El efecto que se busca al implementar un BNC es el mismo que se nombró anteriormente, pero inyectar a gas a alta presión continuamente y a l mayor profundidad posible,cho di efecto se maximiza permitiendo obtener Producción de un pozo que yano es fluyente o del que se quiere aumentar su En este tipo de pozos, la prod cción se puede encontrar entre 200 y 20 000 b

roducción. d

en tuberías de tamaño normal. Cuando se produce por el espacio anular es posible llegar a producir hasta 80 000 bpd. El diámetro interior de las tuberías marca la pauta para la cantidade fluido que se puede llegar a producir.

Bombeo N eumáticoente I nte(BNI) r mi En el BNI se inyecta un volu en de gas a través de la TR y pasa hacia la TP través de una válvula de puert o amplio. Dicho volumen de gas se inyecta de manera cíclica, permitiendo qe entre cada inyección se forme un bache de hidrocarburos provenientes dela formación y que serán arrastrados por el ascenso y la expansión del gainyectado, como se observa en la Fig. 3.6. Generalmente se usa en conjunto con un controlador de ciclos de tiempo, y se instala en pozos con volúmens de fluido bajos, o en pozos que tienen ya sea

lto

Índice de Productividad con p resión de fondo baja o bajo Índice de Productivi dad con presión de fondo baja. En el BNI el gas es inyectado en intervalos regulares por medio de una válvul a motora operada mediante un ispositivo que permite la inyección controlada

e

gas en el espacio anular. La in yección de gas se regula de tal manera que coincida con la formación den bache de fluido de la formación con un ciert volumen. 52 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


En ocasiones el BNI puede prscindir del dispositivo de control de inyección.

Este

tipo de instalación requiere de una válvula que es más sensible a los fluidos q e las demás válvulas. El uso stas de válvulas puede presentar problemas cuand

o

los pozos tienen una TP larga y están estrangulados o bajo otras condiciones

n

las cuales la sensibilidad de la válvula se convierte en una desventaja. Sin embargo, en casos como en de el un sistema de compresor rotativo, las válvul as de este tipo son una ventaja. Existen también instalacione de BNI con inyección de gas multipunto o en más deuna válvula. La instalación se debe diseñar de tal manera que las válvulas que se encuentran a mayor profundid ad abran justo cuando la parte baja del bache p

se

cada válvula. Normalmente, e ste tipo de instalación se usa con válvulas opera das por la presión del fluido, las uales, por diseño, requieretoun menor tamaño parade puer poder asegurar que se cierre l válvula.

Equipo subsuperficial El elemento más importante d el equipo subsuperficial del BN son las válvula , las cuales tienen la función de pe mitir el paso de la TR hacia la TP y así llevar a cabo el levantamiento que se ha de crito. Es de gran importancia hacer un espaciamiento y selección adecuados con el fin de mejorar los resultados del

N.

Otra de las funciones que tien n las válvulas colocadas en la TP en una instalación del BN, es la descrga del pozo con la presión de gas de inyección disponible hasta una profundiad máxima de levantamiento que utiliza toda l energía de la expansión del sgade inyección. Las válvulas permiten la variaci

ón

de la profundidad de inyeccióde acuerdo con la presión de fondo fluyendo d

el

pozo, el corte de agua y la producción diaria del pozo. Particularmente, la vál

ula

operante en una instalación de BNI funciona como un elemento de control pa

a

que únicamente pase a travése ella, la cantidad necesaria de gas para levant

r 53



el bache de fluido. Una válvula de BN está comp uesta por: el cuerpo de la válvula, un elemento e carga (resorte, gas o una com

inación de ambos), un elemento de respuesta a la

presión (fuelle de metal, pistó n o diafragma de hule), un elemento de transmi ión (diafragma de hule o vástagoe metal) y un elemento medidor (orificio o asie nto).

La selección del tipo de válvu la a utilizar eneuna las instalación de BN depende d características del pozo por lo que es necesario conocer las características propias de los tipos de válvulque existen en el mercado. A continuación se

ace

una descripción de algunos de estos tipos: • Válvula operada por la ónpresi en el espacio

anular (llamada válvula

de presión): esta válvula, que se presenta en la Fig. 3.8, es sensible del 50% al 100% a la presión en l espacio e anular cuando se encuentra cerrada y es sensible en un 10% en la posición abierta. Se requiere un incremento en la presión en el espacio anular para abrir la válvula y una reducción para cerrarla. • Válvula reguladora de presi n: esta válvula también es llamada válvula

proporcional o válvula de flujcontinuo, está esquematizada en la Fig. 3.9. Funciona de la misma manera que la válvula de presión en su posición cerrada. Sin embargo, cuando está abierta es sensible a la presión en la TP. Requiere un incrementonela presión en el espacio anular para abrir y una reducción en la presión e la TP o en el espacio anular para cerrarla. • Válvula operada por fluidos: es sensible del 50% al 100% a la presión en

la TP en la posición cerradasensible y en un 100% a la presión en la TP en su posición abierta. Requiere n incremento en la presión en la TP para abrir y una reducción en dicha presión para cerrar, como se observa en la 54 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


• Válvula combinada: requier de un incremento en la presión del fluido

para abrir y una reducción en la presión en la TR o en la TP para cerrar,

Además de las válvulas, tambi én están los mandriles que son dispositivos que

se

sitúan en la TP con el fin de a ojar las válvulas para que se pueda dar la inyec ión desde la TR hacia la TP. Por ltimo, se encuentran los empacadores (sólo cua

ndo

el tipo de instalación lo requie re) que cumplen con la función con aislar el es anular de la TP con el fin prin cipal de proteger la TR de fluidos corrosivos.

acio

Equipo superficial Los elementos principales del equipo superficial de una instalación de BN so la estación de compresión, la lína de inyección de gas y una batería de separaci ón. A continuación se describen ada uno c de ellos: • La estación de compresión e encarga s de recibir el gas a baja presión

proveniente del pozo, aumentr su presión de acuerdo con el diseño del sistema y enviarlo nuevament hacia el pozo. • Los principales factores a co nsiderar para la selección de una estación de

compresión son: El número y la localización d e pozos, así como la localización del resto del equipo. El volumen de gas y la presió con la que éste debe ser inyectado. El tamaño de los compresore disponibles. El sistema de distribución de as La disponibilidad de gas dulc e. 55 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


• La línea de inyección de gas es la tubería a través de la cual se transporta

el gas del BN en superficie.demás A de ser el conducto transportador, la línea de inyección de gas cont rola, regula y mide todo el gas que se utiliza en una instalación de BN. Deido a lo anterior, la línea cuenta con una serie de válvulas y medidores en toa su longitud, con el fin de cumplir las funciones señaladas. • La batería de separación usa da en el BN es, en esencia, la misma que se

puede tener en un pozo fluyen te. Sin embargo, en este sistema cobra una gran importancia, ya que es ncesario separar el gas de la mejor manera posible el gas que está mezcla do con la producción. Entre mejor separación de gas se logre, mayor serácantidad la de éste que se puede recircular en la operación del BN y por end e, menores serán los gastos para compraraún m

s gas.

12. MODELOS DE ANÁLI IS DEL B OMBETO(BHJ) H IDRÁULICO TIPO J Introducción Las aplicaciones de bombas J t para bombear agua se remontan a mediados del siglo XIX y los primeros mod elos desarrollados para este tipo de bombas se l atribuyen a Rankine en la décda de 1870. Posterior a dicha época, autores co mo Hesse (1904), Lorenz (1910), Gibson (1924), LeConte (1926) y Bergeron (19

28)

desarrollaron ecuaciones para representar el comportamiento de las bombas J

t,

sin embargo, ninguno detrabajos estos fueron comprobados con datos experimentales1 . Fue en 1933 cuando Gosline y O’Brien publican un modelo más

consistente que además de inc luir pruebas en laboratorio que comprobaban su modelo, hacía las modificacio nes necesarias para implementar una bomba Jet

en

un pozo de hidrocarburos2 . 56 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


Hacia los años 1950, Cunning ham inicia la publicación de una serie de artícul os basados en el modelo srcinalpublicado por Gosline y O’Brien. El modelo de

Cunningham ha sido la base ara p la gran mayoría de modelos que fueron publicados en años consecutios, debido a que sus ecuaciones estaban escrito de manera adimensional, haci ndolas aplicables para todos los tamaños de bomba en los cuales el númer de Reynolds en operación fueran lo suficientemente cercanos o losuficientemente altos para que los efectos de la viscosidad se pudieran despre iar2 .Con el paso de los años, se oservó que los primeros modelos describían adecuadamente el comportam iento en bombas Jet aplicadas en pozos con cantidades de gas libre menor s a 10 pie3/bl3 . Por lo anterior autores como Corteville et al. (1987), Jiao e al. (1990), Hatzlavramidis (1991), entre otros, publicaron diferentes modelos que tenían en cuenta mayores RGA en el fluid proveniente del pozo y en elaso c especial de Hatzlavramidis, se consideró in

luso

Que el fluido de potencia fuer a gas y el fluido producción fuera líquido4 Otro de los aspectos a los que se les ha puesto más atención en los últimos añ

s

en la producción de hidrocarbros con BHJ es la producción de crudos pesad

s.

Esta aplicación usa, en la granmayoría de casos, aceite ligero como fluido de potencia con el fin de reducir la viscosidad del fluido del yacimiento y así per

mitir el

flujo hacia la superficie. Chen et al. han publicado modelos para predecir la cantidad de aceite ligero necearia para la producción de hidrocarburos pesad

s.

A continuación se presentanslmodelos de análisis del BHJ que se encontrar

on

en la literatura: producciónnco baja RGA (modelo estándar), producción con

alta

RGA, producción de aceite us ando gas como fluido de potencia y producción de crudos pesados. También se p resenta el modelo delos de demás Cunningham como la base modelos presentados. 57 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


12.1Modelo estándar2 Introducción El modelo más usado para el iseño de bombas Jet es el publicado por Cunnigham con base en los primeros trabajos publicados por Gosline y O’Bri

en.

La secuencia de cálculos y ec aciones específicas para una instalación de Bombeo Hidráulico tipo Jetef publicada por Petrie, Wilson y Smart5 . Elprincipiofundamentaldef ncionamiento de una bomba Jet es la transfere

cia

de momento entre dosescorrien de fluido1 . Los primeros desarrollos ma emáticos de estas bombas se hicieron c nsiderando agua, por lo que no se consideraba efecto de compresibilidad o tr ansferencia de calor. Gosline y O’Brien1 prese taron ecuaciones adimensionales qu e fueron comparadas con resultados de campo. Para su verificación, con la ve ntaja de poder ser aplicadas a todos los tamaño

de

bomba siempre y cuando los úmeros de Reynolds de los fluidos fueran cerca nos o lo suficientemente altos par poder despreciar los efectos viscosos, condició

n

que en las instalaciones petrol eras se alcanza, debido a las altas presiones y velocidades que demandan. ichas D ecuaciones se consideran el modelo están

ar

para las publicaciones posteri res.

Descripción del modelo El modelo expuesto por Petrie et. al2 es un proceso iterativo que se puede div idir en dos partes: la primera corresponde al flujo del fluido de potencia a través d

e la

tobera, y como su nombre lo ice, en esta etapa se realizan los cálculos que involucran al fluido de potencia y a la tobera, como lo son el gasto en la tober a, la presión en la tobera, además d e elegir la combinación de garganta y tobera a utilizar. La segunda parte desecuencia l corresponde al funcionamiento de l 58 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


bomba y al flujo de retorno (q ue corresponde a la mezcla del fluido de potenc ia y de producción que se dirige h cia la superficie), en donde se determina el gas o de retorno, su corte de agua, viscosidad así como la relación gas líquido de di

ho

fluido; también se calcula la resión p de descarga, la presión de succión, el gas to máximo para que haya cavita ión y la potencia hidráulica requerida. En necesario contar con losguientes si datos antes de aplicar el modelo: • Profundidad de asentamient de la bomba • Diámetros interno ydeexterno la TP • Diámetro interno de la TR • Presión en la cabeza de pozo • Densidad relativa del fluido de potencia, del fluido de producció n y del agu

Proveniente del yacimiento. • Viscosidad del aceite produc ido y del aceite del fluido de potencia cuando

13. TIPOS DE SISTEM S DE OPERACIÓN Hay básicamente dos tipos oerativos en los sistemas de bombeo hidráulico

: el sistema de

fluido motriz cerrado y el sist ma de fluido motriz abierto.5 En un sistema cerrado (CPF) de fluido motriz, no se permite que los fluidos

de producción

se mezclen con los fluidos mo trices de operación dentro de ninguna parte del sistema. En un sistema abierto (OPF) e fluido motriz, el fluido de operación a con el fluido se mezcl producido de pozo y regresa a la superficie.

13.1. SISTEMA ABIERTE O FLUIDO MOTRIZ En un sistema abierto de ido flu motriz, sólo se requieren dos conductos d

e fluido en el

pozo: uno para contener el f luido motriz a presión ymotriz dirigirlo de alala sec ció bomba, y otro conducto, usual mente el espacio anular, motriz para contener que ya el fluido accionó la bomba, más el flui o producido, en su retomo a la superficie.6 Por cuanto el sistema abiertos el más sencillo y económico, es mucho más c omún. 59 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


A más de la sencillez y la vntaja económica de sistema abierto OPF, hay

otras ventajas

inherentes al mezclar los fluid os motriz y producido. Primeramente, el fluido mo triz circulante es el medio ideal para trans

ortar aditivos

químicos al fondo de pozo. os inhibidoresrafina de corrosión, pueden incrustación y p agregarse para extender la v ida útil de los equipos de si los subsuelo. fluidosAdemás, producidos tienden a formar e mulsiones dentro de pozo, puedenañadirse anti- emulsionantes al fluido motriz. En segundogar, l el fluido motriz, al agregarse, actúa como

diluyente.

Cuando se levanten fluidos producidos que fluido seanmotriz altamente corrosivos, el reduce su concentración a un 0%. Cuando se produce un petról o extremadamente viscoso, el fluido motriz in

yectado puede

reducir dicha viscosidad, al iluir el fluido de retorno, y lo puede hacer s ficientemente para que sea más factiblentar levael crudo pesado. Al producir fluidos con alto ontenido de parafina, el sistema abierto OPF p

rmite circular

fluidos calentados o con age ntes disolventes motriz, dentro parade las líneas de fluid eliminar la acumulación de ce ra que pueda reducir o paralizar la producción.

13.2. SISTEMA CERRADO DE FLUIDO MOTRIZ En un sistema cerrado de ido flu motriz, se requiere una sarta adicional de

tubería, tanto

dentro de pozo como en sup erficie. Una sarta es para cción transportar hasta lala produ batería de tanques, y la otra p ara que retorne el fluido su motriz función que en ya cumplió el fondo de pozo hasta el tanq e respectivo para volverse a presurizar y recirc ular. Esta exigencia de una sarta aicional de tubería, más la complejidad del diseño en asociad el fondo de pozo, hace que l sistema cerrado sea erto. más costoso Por esta que el ab razón, el sistema CPF es men os popular y se utiliza menos ión abierta que lade configura fluido motriz. Ya que en todo momento l os fluidos motriz y producido están separad s, el sistema cerrado ofrece algunas ven tajas en losducidos casos ensean que los fluidos pr extremadamente abrasivos o corrosivos. Un zar sistema materiales cerrado permite utili 60 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


menos sofisticados en la partmotriz y podrá prolongar la vida útil de la bo

ba y también

de las instalaciones relacion das con el fluido motriz no en se la utilizan superficie, si inhibidores. Además, puede resultar lige amente preferente s plataformas un sistema cerrado para l marinas y en algunas inst

laciones industriales oo residenciales, el espacio cuan

disponible es escaso y costos o. El tanque defluido reserva motriz acondicionamiento del necesita tener sólo el tamaño necesario para proporcionar ado un de volumen fluido adec motriz para alimentar a la bomba múltiplex. fluido El motriz tamaño del tanque de requerido en el cabezal del p zo es relativamente ido producido pequeño y casi todo el flu podrá introducirse directamen te en la línea de flujo. En la mayoría de las bombas e subsuelo diseñadas para utilizarse en un siste

ma cerrado de

fluido motriz, la sección motr iz se lubrica con el flui do10motriz. por ciento Alrededor de del fluido motriz se pierde a l mezclarseescon necesario el fluido producido por lo qu aumentar fluido de la línea de producción para completar el volumen de fluid motriz. También hay que comprend r que, aun en un sistemaado, completamente el fluido cer motriz no seguiría limpio in definidamente ples,aunque bombas, todas las tuberías, aco tanques, etc. estuvieran libres de materiales contaminados. En primer lugar, ningún do fluimotriz es absolutamente anticorrosivo, In

luso el diesel

puro puede corroer ligeramen e los recipientes de acero. En segundo lugar cuando líquido un que contiene algún material sólido pa

a por una luz

estrecha (como por ejemplo e ntre el pistón de la sección y sumotriz cilindro), de la bomba se tiende a retener el sólido. El líquidoserque puramente fuga por la luz estrecha va a líquido. Con la pérdida continua de fl ido motriz alrededor delotriz, pistón el de fluido la sección m motriz recirculado se volverá ada vez más sucio.



13.3. SISTEMAS PARA ACONDICIONAR EL FLUIDO MOTRIZ N LA SUPERFICIE La función de un sistema qu acondiciona el fluido motriz en la superficie e proporcionar un volumen constante y adec ado de un fluido motrizbombas idóneoenpara el operar las subsuelo. El éxito y la economía en la operación de cualquierrainstalación el bombeode fluido p hidráulico depende, en gran medida, de la eficacia onamiento delen sistema de acondici superficie, al suministrar un fl uido motriz limpio para elnsistema superficie de bombeo y dentro del pozo. La presencia de gas, sólidos

materiales abrasivos en él fluido motriz afect n gravemente

la operación y la vida útil d e la bomba en el subsuelo fuerzay en de lala unidad d superficie. Por eso, el objetiv o primordial al acondicionar elo petróleo el agua para crudo utilizarlos como fluido motriz es librarlo, al máximo factible, de gases v sólid os. A más de eliminar gases aterial y sólido, motriz el tratamiento en la químico de fluid superficie prolonga la vida úti l de equipo de bombeo. El sistema que acondicion a el fluido motriz realmente incluye todo

los equipos

relacionados con el procesami ento y tratamiento de dicho fluido. Hay dos tipos de sistemas de condicionar el fluido motriz para las instalacio

es de bombeo

hidráulico: el sistema de fluido motrizautónomo centralizado de y el sistema acondicionamiento en el cabe al.

13.3.SISTEMACENTRLIZADO DE ACONDICIONAMIENTO Un sistema centralizado par acondicionar el fluido motriz trata dicho flui

o para uno o

más pozos, para eliminar el g s y sólidos, en un solo lugar. 62 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


El fluido acondicionado se p resuriza mediante una poderosa bomba a pistó y luego pasa por un múltiple para luego dir igirse hacia el o los pozos del sistema. Es un sistema típico de tra tamiento que se ha comprobado durante mu

chos años de

experiencia de diseño. El di eño del sistema s separadores de tratamiento supone que l normales y tratadores térmic s han entregado un petróleo de lacasi calidad libre de gas, que sería usual en el tanque d almacenamiento para el sistema de tratamient . El tanque de decantación par a el fluido motriz en este sistemaide usualmente 24 pies dem alto, un tanque de tal altura g neralmente proporcionarauna el flujo caídapor suficiente p gravedad del fluido desde el t nque hasta la succión de El la tamaño bomba de delcarga.11 tanque dé fluido motriz se de ermina segúnfluido el caudal motriz requerido. El tanque d no debería hacer más de tres c iclos completos de rotación al día. El propósito básico del tanqu de decantación es, separar los sólidos del flui

do motriz que

no hayan sido eliminados de l sistema de e producción, flujo continuo por el separador entonces, se lo utiliza como f ente de fluido del motriz pozo. para la bomba en el fond En un tanque de fluido estáti o, todo material extraño que sea e elmás fluido pesado en q sí tiene que asentarse en el fo ndo. Algunas partículas, rena como muypor fina ejemplo la a caen más lentamente que los s ólidos más pesados. Estos factores más los relacio ados con la resistencia por viscosidad influyen

en el ritmo de

la separación. Sin embargo, c n el tiempo, todos los sólidos esados yhan líquidos de más p asentarse, dejando una capa d fluido limpio. En un sistema real de fluidmotriz no es práctico ni tampoco es necesar

io, contar con

suficiente espacio en el tanqu para esta decantación ente estáticas. bajo condiciones total Más bien, el tanque debe per

itir el retiro continuo y automático de caudal re querido.

Se logra una decantación su iciente bajo estas condiciones haciacuando arriba el a flujo través del tanque de decantaci ón se mantiene a una velocidad a la velocidad apenas inferior de caída de los materiales con aminantes. 63 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


Las pruebas y la experiencia han demostrado que una velocidad ascendente

de un pie por

hora es suficientemente lenta para la separación s suspendidas por gravedad de las partícul en la mayoría de los petróleos crudos.

13.4. TANQUE DEDECANTACIÓN DE PETRÓLEO MOTRIZ Un típico sistema para el trat amiento de petróleo motriz que ha resultado ad cuado para la mayoría de los sistemas abier tos de petróleo motriz, cuando es petróleo la alimentación de una calidad equivalente al tan ue de almacenamiento. Los siguientes párrafos trata n sobre las funciones de los componentes pri

ncipales y las

conexiones de tubería recome dadas para el sistema que trata el petróleo mot iz.

13.5.CONSTRUCCIÓN DE TANQUE El tanque de decantación deetróleo p motriz en este sistema usualmente pued

e utilizarse un

solo tanque grande. Hay que determinar cuál solución ca yresulta satisface más económ mejor los requisitos de operac ión. Puede utilizarse un solo tan que grande. Hay que determinar cuál solució

n resulta más

económica y satisface mejor l s requisitos de operación. El tanque ideal sería lo sufici entemente grande para permitir un tiempo de 2

horas para el

asentamiento de los sólidos. E sto significa que el petróleo que eingresa llegaríaal atanq la succión o a la bomba múltiple x después de 24 horas. El tanque debe colocarse ent e el tratador térmico y los tanques de almace

amiento, para

que toda la producción cruce or el tanque de petr óleoque motriz, el tanque asegurando as de petróleo motriz está lleno e n todo momento. Debe haber dos conexionese succión en el tanque, un alta y otra baja. L

succión alta,

que toma el petróleo más lim io de tanque, es para la ucción operación bajanormal. es La s para las emergencias.



Al momento de la construcc ión, una línea de alivio debe instalarse directa

ente entre el

tratador térmico y los tanqu s de almacenamiento, sin e depasar petróleo por el tanq motriz, esto se utiliza en las e ergencias. Siempre hay que chequear os tamaños y capacidades de los tratadores.

Cuando están

sobrecargados, no harán un t rabajo completo en su separación el agua.deEsta petróleo condición tendrá sus repercusi ones en el tanque de petróleo motriz. Además, hay que verificar loperación del desagüe de agua en los tratad estos desagües fallan y man an todo a laetróleo fosa, lomotriz que deja el tanque de p

res. A veces,

vacío.

13.6APLICACIONES Para aplicar el sistema de

ombeo Hidráulico, el listo fluidopara así ser tratado esta

inyectado al pozo a alta presi n, para esto essubsuelo, necesariopara contar con equipo de esto veremos diferentes tipos e sistemas y sus aplicaciones.

14. TIPOS DE SIS TEMA E SUBSUELO S Hay tres tipos básicos de si stemas de subsuelo; el tipo libre, el tipo fijo,

y el tipo que

depende del cable. El tipo libre no requiere una nidad especial para colocar ni recuperar la bo

ba. Más bien,

la bomba queda dentro de la arta de fluido motriz, "libre" sta paraelcircularse fondo o h de vuelta arriba. En un sistema de tipo fijo, la bomba de fondo se conecta con la tubería de fl uido motriz, y se coloca en el pozo como una parte integral deasdicha tienensarta. que Las bomb colocarse o retirarse con una nidad de tracción para sacar toda la tubería. En el sistema a base del cale, la bomba se coloca en una camisa desliza

nte, se instala

sobre una válvula de gas-lift, bien sobre tos unaquímicos. válvula de inyección de produc Se coloca la bomba pozo ab jo o se la odría retira operarse con el cable liso. La bomba p con el flujo normal o revertid . 65 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


14.1. SISTEMAS DE BOAMLIBRE En un sistema de bomba lib e, la bomba entra dentro de la tubería de flui

o motriz y no

requiere ninguna unidad espe ial para colocarla ni recuperarla. Para colocar la bomba pozo abajo, se la inserta en la sarta de tubería en la su

erficie y se la

hace circular hasta el fondo, donde se asienta en unondo conjunto de pozo especial de (BHA) que a veces se cono ce como neplo de asentamiento n cuanto sea o cavidad. suficiente la pr esión hidráulic , la bomba comienza a accionar. Para recuperar la bomba, se manda el fluido por la línea normal de reto

rno o espacio

anular. Esta circulación inver ida o al revés del fluidoedesasienta su conjunto la bomba de fondo de pozo. Entonces, dos copas invertidassobre de swabeo, la partemontadas superior de la bomba (el co

junto de recuperación) mediante esta atrapan la presión, y

circulación se hace que la bo

ba regrese a la superficie, y se la saca del pozo.

Esta característica del sistem a tipo libre es una de las varias ventajas que tie ne sobre otros métodos de levantamiento art ificial que requieren namiento unapara unidad de reacondicio colocar y recuperar los equipo s de pozo abajo. Por ejemplo: para hacer a comparación con una bomba mecánica

que necesita

reemplazarse, una bomba hid ráulica tipo librepara usualmente instalar puede recuperars una bomba reparada, la que p ede estar en el fondo y operando mpo en demenos lo que tie demoraría una unidad de servi cio técnico en llegar recién al sitio. Hay dos tipos principales diseño d para la instalación de bombas libres:

: el diseño de

casing-libre y el diseño paralelo-libre

.



14.2. INSTALACIONES CASING-LIBRE El diseño casing-libre es el menos complicado y menos costoso para las ombas libres. Consiste en una sola sarta de t ubería, una cavidad, y una empacadura.16 Durante la operación, se circla el fluido motriz hacia abajo por la sarta de

tubería, donde

acciona la bomba hidráulica en el fondo, para luego uidos mezclarse y gases con los lí producidos. Esta mezcla de fluido motriz usado y fluidos producidos perficie retoma por hasta el la su espacio anular de la tubería de revestimiento. En este diseño, todo el gas producido debe pasar por la bomba. Esto pu

ede afectar la

eficiencia de una bomba a pi stón en cuanto a su desplazamiento s, en relación de líquid directa a la cantidad de gas ue se produce. denEn ayudarse cambio, las bombas jet pu incluso con el aporte de gas. Por la sencillez y menores co stos de sistema abierto de fluido motriz tipo ca sing-libre, hay más bombas hidráulicas ins aladas según este diseño otro que tipo con de cualquier instalación. El sistema de fluido motriz bierto, una sarta paralela en un auxiliar páckerse introduce doble debajo de la bomba par ventear el gas hasta la esuperficie. seguridadLa se válvula d mantiene abierta por la pre sión del fluido motriz. esastre Si ocurriera en la algún superficie se aliviara la presió n sobre el fluido motriz yaelderesorte seguridad de la válvul cerrarla el pozo a nivel de la empaquetadura.



14.3.EQUIPOS DE SUPER ICIE LA UNIDAD.- La unidadacondicionamiento d de fluidos es un paquet

unificado de

equipos en superficie par a las aplicaciones de. Ofrece bombeo unhidráulico acondicionamiento completo e los fluidos, como unaarabomba presurizar en superficie el fluido motriz para la bomba en el subsuelo. La unidad está diseñada para operación continua y funcionar en forma satisf

ctoria cuando

esté, correctamente instalad a, calibrada specciones y mantenida. y Se requieren i reparaciones periódicas

Los componentes principales son: Tanque de acondicionamient Válvula para el drenaje del ta nque de acondicionamiento. ƒ Tanque acumulador y protect or contra oleajes. ƒ

Manómetro de presión paral erecipiente acumulador y protector contra oleaj

s.

Manómetro de presión para nque ta de acondicionamiento. ƒ

Bomba (múltiplex) del fluido motriz. Motor eléctrico, a diesel o a as. Bomba inyectara de Químicos . ƒ

Amortiguador de pulsaciones en descarga de bomba. Válvula de succión en nivel to alpara la bomba múltiplex Válvula de succión en nivel ajob para la bomba múltiplex. Válvula de salida en nivel alt p/ el Tk. de acondicionamiento 68 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


Válvula de salida en nivel baj o para Tk. de acondicionamiento ƒ Filtro de arena ciclónico. Válvula de alivio para la seg ridad para Tk. de acondicionamiento Válvula de alivio para la segridad de la bomba múltiplex. ƒ

Tablero de controles. Válvula de alivio de sobre pr sión por oleajes de pozo Válvula de alivio para la segridad del recipiente acumulador y protector con

tra oleajes. ƒ

Válvula de control para desví manual del fluido motriz. ƒ

Válvula manual para la entra a al filtro de arena. Válvula manual para la salida del filtro de arena. Válvula manual para el flujo inferior. Mirilla para control visual flujo de inferior del filtro de arena.

15. OPERACIÓN 15.1. LLENADO DEL SIST MA En el sistema se puede utiliz ar petróleo o agua como fluido motriz. En cu

lquiera de los

casos, el fluido debe estar lim io. Normalmente, después de qe comience a trabajar la bomba de subsuelo,

el sistema se

sostendrá en forma totalmente autónoma.

15.2.POSICIONES DEAS VÁLVULAS Se verifica para asegurar que las válvulas manuales estén en las posiciones a el tipo definido motriz que se va a utilizar.

ropiadas para 69



15.3.MOTOR Y BOMB DE FLUIDO MOTRIZ Prender el motor y la bomba e fluido motriz.

15.4.REGULACIÓN D FLUJO A medida de que la bomba en el subsuelo comience a dar golpes de pist

ón, se ven las

fluctuaciones de presión en e manómetro de presión delcada panel golpe Murphy de con la bomba. La válvula para c ntrol de flujo se lentamente (de derivación) podrá atornilla cuidando el manómetro de pr sión en el panel Murphy.20 Continué regulando la válvu la para control de flujo y contando las fluct

aciones en la

presión, por los golpes de la bomba, hasta llegar al ritmo s por deseado minuto. de golp Con las bombas jet, la presi n de operación crece lentamente que se desvíe a medida de menos fluido.

15.5.REGULACIÓN D L CONTROL QUE APAGA EL EQUIPO Durante el arranque del siste ma, pueden regularse los controles que apagan

el sistema por

presión demasiado alta o baja , los que se encuentran en a asegurar el panel que Murphy par el sistema funcione con seguri dad. Después de que el sistema haya se establecido, debe regularse el control de

resión alta en

aproximadamente 200 Psi so re la presión de operación. ión baja debe El control de pre regularse en aproximadame te 1500 Psi (al menosla 500 presión Psi menos de de operación).

15.6.FILTRO CICLÓN CO DE ARENA El desarenador debe funcion ar para garantizar un fluido lo suficientemen

e limpio para

evitar un desgaste excesivo e la bomba múltiplex ba hidráulica en la superficie y en la bo en el fondo del pozo.

DESVENTAJAS 70 Asignatura: Producción I Carrera: Ingeniería en Gas y Petrolero


Las bombas en superficie, slabombas a pistón en el subsuelo y las secci

ones motrices

hidráulicas que impulsan las bombas a pistón son los n sistema componentes de de bombeo hidráulico más sus eptibles delzas desgaste, metálicas ya que contienen pi construidas a unas tolerancias mínimas las que se rozan entre si durante sus m ovimientos. Las bombas jet también sufre n desgaste al operarse con fluidos contaminado

.

La mayoría de las bombaspistón a en el subsuelo ichas bombas y secciones motrices de tienen una luz en el diámetro de sus pistones y cilindros trasdepartes 0,002depulgada. las bombas tienen sellos de m tal a metal con luces menores a 0,001 pulgada. Los contaminantes sólidosel dfluido causan desgaste, lo que produce un

luz excesiva

entre las piezas continuas. Esto a su vez lleva aciente una operación de los inefi componentes y con el tiempo, su falla y reposición.

16.ELIMINACIÓN DE SÓIDOS EN SUSPENSIÓN El volumen de sólidos en supensión (como arena, lodo de perforación, e in

crustación) en

un barril de fluido producido puede llegar a pesar 100 se comienza libras o más a cuando bombear un pozo por primera vez. Más típico seria un pozo con partículas en el rango de 10 a 500 micras y un ontenido total de 100 libras o menos de sóli os en suspensión por 1000 barriles n a la entrada que ingres de filtro ciclónico. Con una eficiencia razonable de operación, el filtro ciclónico no debe dejar que más de 5 por ciento de total de los sólid os en suspensión do limpio. pase hasta el reservorio de flui

17. PROBLEMAS RESUELTOS 1. En un pozo con una profunidad de 13000 pie se instalará el Bombeo Hidr

ulico (B.H.) 71



Tipo pistón y se conoce iente lainformación: sig Presión de fondo estática 00 lb/pg2 = 20 Presión de fondo fluyendo 000 lb/pg2 =1 Presión de saturación = 2000 b/pg2 Gasto de aceite = 100 condiciones bl/día a superficiales. Gasto de agua = 50 bl/día ndiciones a co superficiales. Relación gas-aceite = 500 pie /bl Densidad del aceite = 40 °AP Calcular la capacidad requeri a de la bomba para producir en la superficie: a) 150 bl/día de aceite y agua b) 180 bl/día de aceite y agua Considerar que el gas pasa po la bomba en ambos casos. Solución:

a) para Pwf = 1000 lb/pg2 , R = 500 pie3/bl y % de agu a = 50/150 x 100 =33.3, se obtiene una eficie cia teórica de 65%, entonces: Capacidad requerida de la bo ba = Q4 = 231 bl/día a condiciones de bomba



b) ; Con

; ;

Con Pwf = 660 Ib/pg2 , R= 500 pie3 /bl y % de agua = 50/180 X10 0 = 27.7, de la Fig.3.26 se Obtiene una eficiencia teórica de la bomba de 50%, entonces: Capacidad requerida de la bo ba Q4 = 360 bl/día a condiciones de bomba



VALUACIÓN DEL DOCENTE

CRITERIO DELEV UAACI N PUNTAJE CALIFI 10 1 Entrega adecuada en p lazo y medio. 10 2 Cumplimiento de la estructura del trabajo. 3 4 5 6 7 8 9

Uso de bibliografía ad cuada. Coherencia del docum nto. Profundidad del análisis. Redacción y ortografía adecuadas. Uso de gráficos e ilust aciones. Creatividad y originali ad del trabajo. Aporte humano,ysocial comunitario.

ACI N

10 10 15 10 10 15 10

Calificación Final: /100


bombeo hidraulico 2.pdf

Recommend Documents