Implementacion de Una Bomba Recirculadora Para La Optimizacion en La Produccion Artificial

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES

FACULTAD DE INGENIERA

CARRERA DE INGENIERIA PETROLERA

PROYECTO DE GRADO

IMPLEMENTACION DE UNA BOMBA RECIRCULADORA

PARA LA OPTIMIZACION EN LA PRODUCCION ARTIFICIAL

DE BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE EN EL CAMPO

PATUJUSAL

POSTULANTE: UNIV. JOHNNY QUISBERT APAZA

TUTOR.: ING. MARCO A. MONTESINOS MONTESINOS

La Paz - Bolivia

Noviembre - 2013

AGRADECIMIENTO

A la mejor Universidad de nuestro Pas, la Universidad Mayor de San Andrs por la

formacin que me brindo.

A mi querida facultad de Ingeniera que cobija a las diferentes carreras.

A mi gloriosa y adorada carrera de INGENIERIA PETROLERA que me formo para

seguir adelante en esta vida, adems de vivir momentos inolvidables a lo largo de la

carrera.

A mi amigo y tutor Ing. Marco A. Montesinos Montesinos quien me ha brindado apoyo

incondicional para poder concluir mis estudios.

A nuestras autoridades, Director de Carrera Ing. Hermas Herrera Callejas y a todos

nuestros queridos Ingenieros e Ingenieras que quienes con su infinita sabidura y paciencia

me fueron formando para luchar en la vida.

DEDICATORIA

A Jess.

Por haberme permitido llegar hasta este punto de mi vida y haberme dado salud para

lograr mis objetivos, adems de su infinita bondad y amor.

A mi pap Modesto y mi mam Felicidad por su inmensa compresin e incondicional

apoyo y sobre todo por darme ese amor puro en toda mi vida, as como a mi adorada

hermana Mirian quien es y ser gua en mi vida y a mis hermanos Willy, Edwin, Elio

quienes fueron mi inspiracin para poder seguir adelante y brindarme siempre su apoyo.

A mis sobrinos Yahircito, Nachito, Dayito, Sebastian y mi bella sobrina Anahi, quienes

con su inmensa felicidad y ternura me inspiraron a ser mejor.

A mi to Armando que me demostr su comprensin y su ayuda desinteresada a lo largo de

mi vida.

INDICE

CAPITULO I GENERALIDADES

PAGINA

1.1 INTRODUCCION...1

1.2 ANTECEDENTES. 3

1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA....3

1.3.1 IDENTIFICACION DEL PROBLEMA..3

1.3.2 FORMULACION DEL PROBLEMA.4

1.4 OBJETIVOS Y ACCIONES DE LA INVESTIGACION..5

1.4.1 OBJETIVO GENERAL.. 5

1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS Y ACCIONES DE LA

INVESTIGACION.. 5

1.5 JUSTIFICACIN6

1.5.2 JUSTIFICACIN ECONOMICA..6

1.5.3 JUSTIFICACIN SOCIAL7

1.5.4 JUSTIFICACIN MEDIO AMBIENTAL..8

1.6 LCANCE..8

1.6.1 ALCANCE TEMATICO..8

1.6.2 ALCANCE GEOGRAFICO...9

CAPITULO II CONCEPTOS DE BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE

2.1 PRODUCCIN Y SUS COMPONENTES..11

2.1.1 PROCESO DE PRODUCCIN....11

2.2 RECORRIDO DE LOS FLUIDOS EN EL SISTEMA.12

2.2.1 TRANSPORTE EN EL YACIMIENTO.12

2.2.2 TRANSPORTE EN LAS PERFORACIONES12

2.2.3 TRANSPORTE EN EL POZO...13

2.2.3 TRANSPORTE EN LA LNEA DE FLUJO SUPERFICIAL.13

2.3 REDUCCION DE PRESION EN LOS DIFERENTES COMPONENTES

DEL SISTEMA DE PRODUCCION...13

2.4 CAPACIDAD DE PRODUCCIN DEL SISTEMA.......15

2.5 CURVAS DE OFERTA Y DEMANDA DE ENERGA EN EL FONDO

DEL POZO.....15

2.6 BALANCE DE ENERGA Y CAPACIDAD DE PRODUCCIN... .16

2.7 OPTIMIZACIN DEL SISTEMA... .17

2.8 MTODOS DE PRODUCCIN: FLUJO NATURAL Y

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL... 18

2.8.1 LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL DE HIDROCARBUROS... . 18

2.9 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIN DEL MTODO DE

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL.....19

2.9.1 BOMBEO MECANICO (BM)....21

2.9.1.1 Ventajas del sistema de bombeo mecnico de petrleo... 22

2.9.1.2 Desventajas del sistema de bombeo mecnico de petrleo..22

2.9.2 BOMBEO DE CAVIDAD PROGRESIVA (BCP).......23

2.9.2.1 Ventajas de los sistemas de bombeo de cavidad progresiva....25

2.9.2.2 Desventajas de los sistemas de bombeo de cavidad progresiva..27

2.9.3 LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS (LAG). 27

2.9.3.1 Equipos de superficie.. 28

2.9.3.2 Equipo de subsuelo. 29

2.9.3.2.1 Ventajas del mtodo de levantamiento artificial por gas.. .30

2.9.3.2.2 Desventajas del mtodo de levantamiento artificial por gas .30

2.9.4 BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE (BES)... ..30

2.9.4.1 Aplicaciones del bombeo electrosumergible.31

2.9.4.2 Principio de funcionamiento....32

2.9.4.3 Ventajas del bombeo electrosumergible........33

2.9.4.4 Limitaciones del bombeo electrosumergible. .. 33

2.9.4.5 Parmetros para la aplicacin del bombeo electrosumergible.. 34

2.9.4.6 Componentes del sistema de bombeo electrosumergible.. 34

2.9.4.7 Componentes superficiales. 34

2.9.4.7.1 Componentes del equipo de superficie.. .34

2.9.4.7.2 Cabezal del Pozo.....35

2.9.4.7.3 Caja de Conexiones (Venteo)... 36

2.9.4.7.4 Controladores del Motor..37

2.9.7.4.1 Panel de Control de Velocidad Fija...38

2.9.7.4.2 Controlador de Velocidad Variable (VSD)....39

2.9.7.4.3 Arrancador Suave....... 40

2.9.7.5 Transformadores...40

2.9.7.5.1 Transformador Primario (Reductor)...41

2.9.7.5.2 Transformador Secundario (Elevador)..........42

2.9.7.6 Componentes del equipo de subsuelo......43

2.9.7.6.1 Motor Electrosumergible..44

2.9.7.6.1.1 Serie del Motor..47

2.9.7.6.2 Protector o Seccin Sellante (Sello)..48

2.9.7.6.3 Bomba Electrosumergible...49

2.9.7.6.3.1 Anlisis de las Curvas de rendimiento las Bombas

Electrosumergibles.. 51

2.9.7.6.4 Bomba Recirculadora.53

2.9.7.6.4.1Componentes y Procedimiento de instalacin de La Bomba

Recirculadora .......54

2.9.7.6.4.2Instalacin para tubo recirculador....55

2.9.7.6.4.3Cable Elctrico de Extensin del Motor (Motor Lead Extensin

MLE).. 56

2.9.7.6.4.4Cable de Potencia (Power Cable).56

2.9.7.6.5 Separador de Gas58

2.9.7.6.6 EQUIPOS ADICIONALES......60

2.9.7.6.6.1 Sensor de Fondo61

2.9.7.6.6.2 Centralizador.. 62

2.9.7.6.6.3 Succin o Intake. ...62

2.9.7.6.6.4 Descarga. 62

2.9.7.6.6.5 Vlvula de retencin (Check valve). 63

2.9.7.6.7 Vlvula de Drenaje o Purga (Drain Valve).63

2.9.7.6.7 Y - Tool o BYPASS....64

2.9.7.6.8 Fleje o sunchos.....65

2.10 SEGURIDAD INDUSTRIAL Y ANALISIS DE RIESGO.. . .66

2.10.1 SEGURIDAD INDUSTRIAL Y ANALISIS DE RIESGO.. 66

2.10.2 SEGURIDAD INDUSTRIAL......66

2.10.3 ANALISIS DE RIESGO..........70

2.10.3.1 Vlvula de tormenta....70

2.10.3 PLAN DE CONTINGENCIA.. 72

2.10.3.1 Plan de contingencia superficial...73

2.10.3. Plan de contingencia subsuperficial.74

CAPITULO III DISEO METODOLOGICO

3. INTRODUCCION......75

3.1 METODOLOGA DE LOS NUEVE PASOS..75

3.1.1 PASO 1: DATOS BSICOS75

3.1.2 PASO 2: CAPACIDAD DE PRODUCCIN..76

3.1.3 PASO 3: CLCULO DE SEPARACIN DE GAS76

3.1.4 PASO 4: CABEZA DINMICA TOTAL (TDH)..77

3.1.5 PASO 5: TIPO DE BOMBA.77

3.1.6 PASO 6: TAMAO PTIMO DE COMPONENTES...77

3.1.7 PASO 7: CABLE ELCTRICO...78

3.1.8 PASO 8: ACCESORIOS Y EQUIPOS OPCIONALES...78

3.1.9 PASO 9: SISTEMA DE BOMBEO DE VELOCIDAD VARIABLE..79

3.2 DATOS BSICOS PARA EL DISEO DE UNA UNIDAD DE BOMBEO

ELECTROSUMERGIBLE.......80

3.2.1 CAPACIDAD DE PRODUCCIN..81

3.2.1.1 Indice de productividad...81

3.2.1.2 Relacin de productividad..82

3.2.2 CLCULO DE GAS.83

3.2.3 RELACIN SOLUCIN GAS/PETRLEO....84

3.2.3.1 Factor de volumen del gas...85

3.2.4 FACTOR DE VOLUMEN DE FORMACIN..85

3.2.5 VOLUMEN TOTAL DE LOS FLUIDOS..86

3.2.6 CABEZA DINMICA TOTAL.. 87

3.2.7 TIPO DE BOMBA...89

3.2.8 EL SISTEMA DE VARIADOR DE FRECUENCIA (VSC) Y LA

SELECCIN DE LA BOMBA ..90

3.2.9 DIMENSIN PTIMA DE LOS COMPONENTES91

3.2.9.1 Bomba..91

3.2.9.2 Separador92

3.2.9.3 Motor.92

3.2.10 Seccin de sello o protector..93

3.2.11 Cable elctrico.93

3.2.11.1 Tamao del cable94

3.2.11.2 Tipo de cable94

3.2.11.3 Longitud del cable. .95

3.2.11.4 Ventilacin del cable..95

3.3 EQUIPO ACCESORIO Y OPCIONAL.95

3.3.1 CABLE PLANO (CABLE DE EXTENSIN DEL MOTOR)95

3.3.1.1 Guarda cable plano.. .95

3.3.1.2 Bandas de cable..96

3.3.1.3 Niple de botella vlvula de retencin y vlvula de vaciado..96

3.3.1.4 Vortex30. .96

3.3.1.4.1 Unidad bsica del sistema96

3.3.1.4.2 Aparato de visualizacin..96

3.3.1.5 Transformadores97

3.3.1.6 Cable de superficie98

3.3.1.7 Cabezal de pozo y accesorios.. .98

3.4 EQUIPO DE SERVICIO. .98

3.5 EQUIPO OPCIONAL.. .98

3.5.1 DISPOSITIVO SENSOR DE LA PRESIN DE FONDO DE

POZO.98

CAPITULO V APLICACIN PRCTICA

4 INTRODUCCION....99

4.1 UBICACIN.....99

4.2 ANTECEDENTES..100

4.2.1 ESTADO ACTUAL DEL CAMPO.....101

4.3. GEOLOGA..101

4.2 RESERVORIO PRODUCTOR.103

4.2.1 FORMACIN PETACA.103

4.5. DESCRIPCIN DE FACILIDADES DE CAMPO Y PLANTA...104

4.5.1 SISTEMA DE SEPARACIN...104

4.5.2 SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS...104

4.4 DESCRIPCIN DE POZOS.105

4.6 HISTORIAL DE PRODUCCION DE POZO PJS-8105

4.7. EJEMPLO DE DISEO PARA POZO PJS-8D CON ALTA

RELACIN GAS -PETRLEO (GOR)109

4.7.1 PASO 1: DATOS BSICOS.. 109

4.7.2 PASO 2: CAPACIDAD DE PRODUCCIN. 111

4.7.3 PASO 3: CLCULOS DE GAS...113

4.7.4 PASO 4: CABEZA DINMICA TOTAL..118

4.7.5 PASO 5: SELECCIN DEL TIPO DE BOMBA....120

4.7.6 PASO 6: TAMAO PTIMO DE LOS COMPONENTES SEPARADOR

DE GAS....121

4.7.7 PASO 7: CABLE ELCTRICO....123

4.7.7.1 DETERMINAR EL TAMAO DEL CABLE.123

4.7.7.2 TIPO DE CABLE.123

4.7.7.3 LONGITUD DEL CABLE...123

4.7.7.4 VENTEO DEL CABLE123

4.8 PASO 8: EQUIPO ACCESORIO Y MISCELNEO.124

4.8.1 GUARDAS DEL CABLE124

4.8.2 BANDAS DEL CABLE124

4.9 PASO 9: EQUIPO ACCESORIO DE FONDO DE POZO124

4.9.1 NIPLE DE BOTELLA..124

4.9.2 VLVULA CHECK. 125

4.9.3 VLVULA DE DRENADO.125

4.9.4 CONTROLADOR DE MOTOR.125

4.9.5 TRANSFORMADOR..126

4.9.6 CABLE DE SUPERFICIE..126

4.10. RESULTADOS DE LOS CLCULOS DEL EJERCICIO..126

4.10.1 LISTA DE EQUIPOS SELECCIONADOS E INSTALADOS.127

CAPITULO V ANLISIS ECONMICO

5.1 ANLISIS TCNICO........131

5.2 ANLISIS ECONMICO..131

5.2.1 CRITERIOS PARA LA EVALUACION ECONOMICA........131

5.2.1.1 Valor actual neto (VAN o VPN)......131

5.2.1.2 Tasa Interna de Retorno (TIR)...133

5.2.2 COSTOS DE PRODUCCIN........134

5.3 EVALUACION ECONOMICA.134

5.3.1 COSTOS DEL SISTEMA DE BOMBEO

ELECTROSUMERGIBLE..134

5.3.4 EGRESOS....136

5.3.5 FUNDAMENTOS CONSIDERADOS EN EL ANALISIS

ECONOMICO...137

5.5.1 INCENTIVO A LA PRODUCCIN DE PETRLEO...137

5.5.2 INCENTIVO A LA PRODUCCIN DE GAS NATURAL138

5.6 CONCLUSION ECONOMICA ...139

CAPITULO VI COMPLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...141

6.1 CONCLUSIONES..141

6.2. RECOMENDACIONES.142

INDICE DE FIGURAS

PAGINA

Figura1.1.- Sistema completo de Bombeo Electrosumergible con bomba

Recirculadora.....2

Figura 1.2.- Baker Hughes en el mundo con produccin artificial de Bombeo

Electrosumergible.......3

Figura 1.3.- Campo Patujusal....10

Figura 2.1.- Sistema de produccin natural12

Figura 2.2.- Distribucin de Presiones en el Sistema de Produccin.14

Figura 2.3.- Muestra grafica de anlisis Nodal...16

Figura 2.4.- Metodos de levantamiento Artificial....19

Figura 2.5.- Ventana de Aplicacin de los Sistemas de Levantamiento....21

Figura 2.6.- Componentes de un Equipo de Bombeo Mecnico.23

Figura 2.7.- Componentes de Bombeo de Cavidad Progresiva..25

Figura 2.8.-Levantamiento por Inyeccin de Gas Continuo e Intermitente...29

Figura 2.9.- Sistema de Bombeo Electrosumergible.32

Figura 2.10.- Cabezal del Pozo de Bombeo Electrosumergible........................36

Figura 2.11.- Caja de conexiones...37

Figura 2.12.-Tablero de control (switchboard)...38

Figura 2.13.- Controlador de velocidad variable (VSD)........40

Figura 2.14.- Taps del panel del transformador.............41

Figura 2.15 .-Transformador primario (reductor)....42

Figura 2.16.- Transformador secundario (elevador)......43

Figura 2.17.- Componentes del equipo de subsuelo 44

Figura 2.18.- Motor electrosumergible.45

Figura 2.19.- Componentes bsicos del motor...46

Figura 2.20.- Protector o sello...49

Figura 2.21.- Bomba centrfuga multietapa.50

Figura 2.22.- Elementos del impulsor y del difusor... 51

Figura 2.23.- Recorrido del fluido..51

Figura 2.24.- Curva de rendimiento para una bomba.... 52

Figura 2.25.- Curva tornado de bomba electrosumergible dc750........... 53

Figura.2.26.- Bomba Recirculadora y tubo recirculador.........55

Figura 2.27.- Cable de extensin.......56

Figura 2.28.- Cable de potencia.............57

Figura 2.29.- Elementos del cable de potencia...... 58

Figura 2.30.- Separadores de gas..... .. 59

Figura 2.31.- Funcionamiento del sensor de fondo.... .. .61

Figura 2.32.- Succin o intake62

Figura 2.33.-Vlvula de retencin..63

Figura 2.34.- Vlvula de drenaje..................................64

Figura 2.35.- Bes con herramienta by-pass (y-tool)........64

Figura 2.36.- Seales de proteccin personal.........67

Figura 2.37.- Seales preventivas. .......68

Figura 2.38.- Seales de emergencia.......68

Figura2.39.-Seales reglamentarias.........69

Figura 2.40.- Diagrama de incertidumbre...71

Figura 3.1.- Curva IPR............84

Figura 4.1.- Mapa de ubicacin del campo Patujusal..............102

Figura 4.2.- Columna estratigrfica del campo Patujusal.. .104

Figura 4.3.- Historial de Produccion PJS-8...110

Figura 4.4.- Prdida de friccin del agua en el tubing....122

Figura 4.5.- Bombeo Electrosumergible con Bomba Recirculadora..132

Figura 4.6.-. Bombeo Electrosumergible con Bomba Recirculadora.132

INDICE DE TABLAS

PAGINA

Tabla 2.1.- Series Y Rangos De Capacidad De Los Motores..47

Tabla 2.2.- Eficiencia de separacin de gas.......60

Tabla 2.3.- Equipos de superficie....73

Tabla 2.4.- Equipos Subsuperficial..74

Tabla 4.1.- Reservorio productor..105

Tabla 4.2.- Descripcin de Pozos de campo Patujusal107

Tabla 4.3.- Historial de presion pozo PJS-8...108

Tabla 4.4.- Historial de Produccion de Pozo PJS-8..109

Tabla 4.5.- Datos de produccin.112

Tabla. 4.6.- Condiciones del fluido del pozo.............112

Tabla 4.7.- Fuentes de energa elctrica...113

Tabla 4.8.- Resultados de los clculos del ejercicio del POZO PJS-8.129

Tabla 4.9.- Equipo de superficie.130

Tabla 4.10.- Equipo de subsuelo130

Tabla 5.1.- Criterios para interpretacin del valor actual neto.134

Tabla 5.2.- Criterios para interpretacin del TIR135

Tabla 5.3.- Costos de equipos de superficie..137

Tabla 5.4.- Costos de equipos subsuperficiales...137

Tabla 6.5.- Tabla VAN y TIR141

LISTA DE SMBOLOS Y ABREVIATURAS

BES Bombeo Electro Sumergible

IP ndice de Productividad

Pwf Presin de fondo fluyente [lpc]

Pf Presin esttica del yacimiento [lpc]

Pb Presin de burbujeo [lpc]

PIP Presin entrada de la bomba [lpc]

RGP (GOR) Relacin Gas Petrleo [PCN/BN]

Rs Relacin Gas Petrleo en solucin [PCN/BN]

T Temperatura [F]

DATUM Profundidad de plano de referencia[pie]

Q Flujo volumtrico [BPD]

Qmax Produccin total mxima [BPD]

Qd Produccin total deseado [BPD]

BPD Barril por da

BN Barriles a condiciones normales

BY Barriles a condiciones de yacimiento

cP centiPoise

mD miliDarcy

LPC Libra por Pulgada cuadrada

PCN Pie cbico a condiciones normales

TVD Profundidad vertical verdadera

MD Profundidad Medido

Bo Factor volumtrico del petrleo [BY/BN]

Bw Factor volumtrico de agua

Wc Corte de agua

TDH Altura total dinmica

API Gravedad del petrleo segn la norma de American Petroleum Institute

o Viscosidad del Petrleo

o Gravedad especfica

Densidad [g/cc]

Permeabilidad

r Permeabilidad relativa

Porosidad

e Porosidad Efectiva

Vsh Volumen de Arcilla

Rt Resistividad verdadera de la formacin [m]

Ro Resistividad de la roca saturada 100% de agua

Rw Resistividad de agua

a Coeficiente de tortuosidad

m Exponente de cementacin

n Exponente de saturacin

F Factor de formacin

RESUMEN EJECUTIVO

Bolivia es considerado un pas gasfero por sus grandes reservas en sus campos,

es as que exportamos nuestro excedente de gas a Argentina y Brasil. Pero

tambin debemos mencionar que contamos con campos petroleros, pero stos

son considerados campos pequeos por la poca produccin en barriles de

petrleo adems de estar siempre asociado con gas. Este petrleo esta destinado

al consumo interno.

Actualmente la poca produccin de petrleo va a nuestras refineras para ser

procesadas para luego ser comercializada. Siendo as Bolivia aun sigue

importando hidrocarburos para satisfacer el mercado interno.

En este proyecto propondremos un tipo de levantamiento artificial el cual aun no

se ha implementado en nuestro pas por la razn de que este es muy costoso en

relacin a otros, adems de que si se implementara no seria rentable.

Actualmente hay muchas compaas petroleras que ofrecen ste tipo de

levantamiento como ser:

BAKER HUGHES- Centrilift

SCHLUMBERGER- Reda

Como las principales compaas en el mundo en este tipo de levantamiento

artificial. Es asi que para este proyecto utilizaremos el de la empresa Baker

Hughes por ser la menos costosa entre todas las compaas adems de que

recientemente han diseado una nueva Bomba Electrosumergible con una bomba

recirculadora, la cual hace de este equipo tenga una vida til de hasta 65% ms

de la que tenia originalmente. El cual con esta Bomba recirculadora hace rentable

la implementacin en nuestros campos de Bolivia.

Se selecciono el campo Patujusal por ser un campo relativamente somero pero

sobre todo por ser un campo con alta relacin gas-petroleo, el cual es ideal para

este tipo de levantamiento artificial. Tambin se debe mencionar que todos los

pozos son producidos desde su inicio con algn tipo de levantamiento artificial.

La compaa Baker Hughes utiliza para el diseo del sistema de Bombeo

Electrosumergible el simulador AutograftPC o el manual de diseo de esta misma

compaa, el cual utilizaremos para este proyecto.

La implementacin de esta Bomba Electrosumergible con la bomba recirculadora

en pozo PJS-8 del campo Patujusal, se evidencio que el proyecto es rentable por

las siguientes razones:

Campo Patujusal - Pozo PJS-8

Tipo de levantamiento

Gas lift (Actual)

Bombeo Electrosumergible con bomba recirculadora

Produccin gas ( mes) 1135 MCP 1485 MCP

Produccin Petrleo (mes) 1689 BBL 2697 BBL

Mantenimiento 2.49 $us/Bbl 2.06 $us/Bbl

Se requiere aclarar en este proyecto que es rentable el Sistema de Bombeo

Electrosumergible con Bomba Recirculadora siempre y cuando sea un pozo nuevo

y no as un pozo antiguo que ya utilizo algn tipo de levantamiento artificial. El

cambio de sistema de levantamiento seria muy costoso y nada rentable. Por lo

cual uno de los principales objetivos es el demostrar que la implementacin es

rentable en pozos nuevos que necesiten de levantamiento artificial.

Se incremento la produccin ms del 45% tanto para el petrleo como para el gas,

adems de un ahorro significativo en el mantenimiento de equipo. Lo cual hace de

este proyecto sea rentable y aplicable.

En el siguiente cuadro mostraremos las caractersticas de Bombeo

Electrosumergible diferenciando de los otros tipos de levantamiento. A su vez se

podr diferenciar las ventajas y desventajas frente o otros tipos de levantamiento.

1

CAPITULO I

GENERALIDADES

1.1. INTRODUCCION

En Bolivia el gas y el petrleo son considerados como la principal fuente de

ingreso econmico, por lo cual cualquier trabajo o proyecto destinado a

recuperar o incrementar la productividad de los pozos es muy importante. La

implementacin de nuevas tecnologas de optimizacin en el tipo de

levantamiento artificial Bombeo Electrosumergible tienen el propsito de

rehabilitar y mejorar las condiciones de produccin en pozos que han dejado de

producir o en pozos donde su produccin es deficiente por el alto porcentaje de

gas y deficiencia en el funcionamiento del motor debido a los altos cambios de

temperatura.

Como objetivo en este proyecto se determinar la diferencia entre dos tcnicas

modernas de Levantamiento Artificial, Bombeo Electrosumergible Estndar y

Bombeo Electrosumergible utilizando Bomba Recirculadora de la empresa Baker

Hughes.

Mostraremos el desarrollo del campo Patujusal, donde se seleccion al Pozo

PJS-8 por su alta productividad de petrleo, que permita caracterizar a todo el

universo de estudio para poder realizar el diseo y optimizacin del Bombeo

Electrosumergible.

La investigacin realizada a los diferentes tipos de levantamiento artificial

servir para mejorar y optimizar el Bombeo Electrosumergible en pozos de bajo

caudal. Adems se podr extrapolar los resultados del estudio a pozos de los

distintos campos en Bolivia.

Si bien nuestro pas Bolivia es considerado gasfero, tambin existen campos

petroleros y es por esa razn que se tomara el campo Patujusal por considerarse

un pozo petrolero.

2

Este es el sistema de Bombeo Electrosumergible el cual ya incluye la bomba

recirculadora, el mismo que ser implementado en el pozo PJS-8.

Figura1.1.- Sistema completo de Bombeo Electrosumergible con bomba

recirculadora

Fuente.- Baker Hughes International; Centrilift; 2012

3

1.2. ANTECEDENTES

El presente estudio es accesible debido a que se cuenta con el apoyo de la

empresa BAKER HUGHES BOLIVIA la cual est a cargo de la implementacin

de esta nueva tecnologa, que brindar mediante informacin.

Figura 1.2.- Baker Hughes en el mundo con produccin artificial de Bombeo

Electrosumergible

Fuente.-Baker Hughes International; Produccin artificial Bombeo

Electrosumergible; 2012

1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.3.1 IDENTIFICACION DEL PROBLEMA

El Bombeo electrosumergible es un sistema integrado de levantamiento artificial,

considerado como un medio tcnico para producir altos volmenes de fluido

4

desde grandes profundidades en una variedad de condiciones de pozo.

La cavitacin es un problema que el equipo Bombeo Electrosumergible presenta,

se define como el proceso de formacin de una fase gaseosa en un lquido

cuando se reduce la presin a una temperatura constante.

Los efectos mas obvios de cavitacin son el ruido y la vibracin, los cuales son

causados por el colapso de las burbujas de vapor a medida que alcanzan la zona

mas alta de presin de impulsor. La vibracin causada por este efecto puede

resultar en la ruptura del eje y otras fallas por fatiga en la bomba.

La cavitacin tambin puede dar origen al desgaste de los componentes de la

bomba ocasionados por corrosin o erosin. En las bombas electrosumergibles

usadas en la industria del petrleo. Este problema no ocurrir si la bomba

Recirculadora est diseada adecuadamente y opera con suficiente presin de

entrada

En la industria petrolera el bloqueo por gas en una bomba electrosumergible se

presenta cuando existe una cantidad excesiva de gas libre en el fluido

bombeado a la entrada de la bomba. El bloqueo por gas puede considerarse como

una forma de cavitacin, debido a la presencia de gas libre en la bomba. En un

pozo que tenga una cantidad excesiva de gas libre, debe mantenerse una cierta

presin de succin para controlar la cantidad que ingresa a la bomba y evitar el

bloqueo por gas.

1.3.2 FORMULACION DEL PROBLEMA

La Bomba Recirculadora implementada en el sistema de Bombeo

Electrosumergible ayuda a lograr una reduccin de costo en los pozos de

mediano y bajo caudal. Mejora las prdidas de carga y la transferencia de calor

en los pozos de alto caudal. Donde no se usa cable capilar por debajo del

motor, la recirculacin permite que los qumicos acten sobre el mismo

5

1.4. OBJETIVOS Y ACCIONES DE LA INVESTIGACION

1.4.1 OBJETIVO GENERAL

Implementar una nueva tecnologa de una Bomba Recirculadora para la

Optimizacin en la produccin artificial de Sistema de Bombeo Electrosumergible en

el Pozo PJS-8 del campo Patujusal.

1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS Y ACCIONES DE LA INVESTIGACION

Dar a conocer los beneficios del sistema de Bombeo Electrosumergible en

Bolivia.

Evaluar la situacin inicial y actual del alto porcentaje de gas y cambio

de temperatura del motor del Bombeo Electrosumergible en el Pozo

seleccionado PJS-8.

Montaje del sistema de Bombeo Electrosumergible sin Bomba

Recirculadora.

Montaje del sistema de Bombeo Electrosumergible con Bomba

Recirculadora.

Determinar las tcnicas utilizadas en el control del gas y sus parmetros

de aplicacin.

Recopilar datos del Pozo PJS-8 para ser sometido a estudios de eficiencia

del motor del Bombeo Electrosumergible, control de temperatura y

produccin de gas.

Proponer una nueva tecnologa que permita optimizar la eficiencia del

equipo Bombeo Electrosumergible en la produccin en la implementacin

del pozo PJS-8.

Evaluar los resultados que se obtendrn a partir de la implementacin de la

nueva tecnologa Bomba Recirculadora en el sistema de Bombeo

Electrosumergible en Bolivia.

Establecer los beneficios de la implementacin de la nueva tecnologa de

la Bomba Recirculadora en el sistema de Bombeo Electrosumergible en el

pozo PJS-8.

6

Analizar econmicamente el proyecto.

Determinar las ventajas y desventajas que tiene esta nueva tecnologa

de Bomba Recirculadora optimizacin del equipo Bombeo

Electrosumergible en campos de Bolivia.

1.5 JUSTIFICACIN

1.5.1 JUSTIFICACIN TECNICA

El presente estudio de implementacin de la nueva tecnologa en el Pozo PJS-8

se realiza por que se quiere definir bajo las caractersticas del reservorio es

recomendable aplicar una Bomba Recirculadora en la Optimizacin del Bombeo

Electrosumergible.

Este anlisis dejar una base solida que permitir a futuras investigaciones

realizadas en pozos de bajo caudal del campo Patujusal, profundizar en la

caracterizacin de la Nueva Tecnologa, ya sea para un Sistema de Bombeo

Electrosumergible Estndar o para un Sistema de Bombeo Electrosumergible

utilizando Bomba Recirculadora.

Se trata de extrapolar los resultados del estudio a campos de Bolivia y no

nicamente a pozos del Campo Patujusal, ya que sera de beneficio para el pas

en general, siempre y cuando los pozos presenten alto porcentaje de gas y bajo

caudal.

Los resultados del proyecto permitirn generar un anlisis tcnico para la

seleccin de pozos de bajo caudal donde se pueda implementar la utilizacin de

una Bomba Recirculadora para la optimizacin del Bombeo Electrosumergible de

pozos del campo Patujusal.

1.5.2 JUSTIFICACIN ECONOMICA

La principal fuente econmica del Pas son los ingresos de los hidrocarburos, es

por esa razn que la produccin de petrleo por mtodos artificiales es requerida

cuando la energa natural asociada con los fluidos no produce una presin

diferencial suficientemente grande entre el yacimiento y la cavidad del pozo como

7

para levantar los fluidos del yacimiento hasta las instalaciones de superficie, o es

insuficiente para producir a niveles econmicos.

Con la implementacin de la Bomba Recirculadora en la produccin de petrleo

mediante la Bomba Electrosumergible los costos de produccin bajaran

considerablemente por las siguientes razones:

Mejora el rendimiento del motor de la bomba; por lo tanto mayor

produccin.

Menor corrosin del equipo de fondo.

Menos o ninguna detencin de la produccin para reparar alguna

herramienta.

El equipo de bomba electrosumergible con la bomba recirculadora de

Baker Hughes a comparacin de otras empresas, es mas econmica.

Alargar la vida til de todos los equipos.

El bombeo electrosumergible es un sistema integrado de levantamiento artificial,

es considerado como un medio econmico y efectivo para levantar altos

volmenes de fluido desde grandes profundidades en una variedad de condiciones

de pozo. Es ms aplicable en yacimientos con altos porcentajes de agua y alta

relacin gas-petrleo; sin embargo en la actualidad estos equipos han obtenido

excelentes resultados en la produccin de fluidos de alta viscosidad, en pozos

gasferos, en pozos con fluidos abrasivos, en pozos de altas temperaturas y de

dimetro reducido, etc.

1.5.3 JUSTIFICACIN SOCIAL

BAKER HUGHES INTERNATIONAL es una compaa con responsabilidad social,

comprometida con la proteccin de la gente, el medio ambiente y los recursos que

utiliza para suministrar productos y servicios de manera sostenible. Este

compromiso beneficia a empleados, clientes, accionistas y a las comunidades.

8

Actualmente Baker Hughes esta legalmente establecida en nuestro pais Bolivia;

pero aun no desarrollo el sistema de Bombeo Electrosumergible en la produccin

artificial [3].

1.5.4 JUSTIFICACIN MEDIO AMBIENTAL

Es poltica de BAKER HUGHES INTERNATIONAL conducir sus actividades

considerando la proteccin de la gente, de los bienes, de la propiedad intelectual y

del medio ambiente. El cumplimiento de este compromiso es facilitado por medio

de Sistemas de Gestin de Salud, Seguridad y Medio Ambiente que promueve.

La responsabilidad, el compromiso, la contribucin individual de empleados,

niveles gerenciales en planes y objetivos medibles que apuntan a la mejora

continua para alcanzar cero incidentes, conservacin de energa de recursos

naturales y prevencin de la contaminacin. La integracin de salud, seguridad y

medio ambiente en todas las actividades empresariales junto con la capacidad,

controles y medidas de proteccin fundamentadas en una evaluacin responsable

de los riesgos de salud, seguridad e impacto sobre el medio ambiente.

Colaboracin con clientes, autoridades, contratistas y otras partes interesadas

para mejorar los resultados generales en el cumplimiento de la legislacin

aplicable, normas y regulaciones pertinentes de la industria. Una cultura en la que

la autoridad para detener el trabajo es valorada como una participacin proactiva

en la inspeccin, evaluacin de sistemas y comunicacin del desempeo para el

conocimiento de niveles de alerta de crisis, planes de respuesta y manejo de

crisis. Asignacin de los recursos apropiados para el cumplimiento de esa poltica,

identificacin, gestin efectiva de riesgos de seguridad y proteccin de la

propiedad intelectual de BAKER HUGHES INTERNATIONAL[3].

1.6 ALCANCE

1.6.1 ALCANCE TEMATICO

Con ste proyecto se pretende llegar a todos los campos petrolferos en Bolivia

que necesiten de una produccin artificial y que adems sea rentable. No solo

9

viendo la diferencia entre produccin artificial bombeo electrosumergible estndar

y bombeo electrosumergible con bomba recirculadora que mejora la produccin en

gran manera, sino tambin ver las ventajas tecnolgicas y econmica. Pues la

empresa Baker Hughes Bolivia que se encuentra legalmente establecida en

nuestro pas brindando su servicio y ofreciendo nuevas tecnologas y econmicas

a diferencia de otras empresas.

Se lograra tener un estudio eficiente respecto a la nueva implementacin de la

bomaba recirculadora en el sistema de bombeo electrosumergible en el campo

Patujusal pozo PJS-8, lo cual ser un paramentro para proponer en los dems

campos petroleros existentes en nuestro pas.

1.6.2 ALCANCE GEOGRAFICO

1.6.2.1CAMPO PATUJUSAL.

El campo Patujusal est localizado en el departamento de Santa Cruz al noroeste,

en la culminacin oeste de la estructura PatujuSAL, 5 km. Al oeste del campo

Patujusal, sobre el lineamiento formado por los campos Los Cusis, Patujusal, Los

Penocos y Arroyo Negro; en la parte central norte del Boomerang Hills.

1.6.2.2CONSIDERACIONES ESTRATIGRAFICAS

La secuencia estratigrfica se mantiene sin alteraciones y es idntica a la del

campo Patujusal.

1.6.2.3CONSIDERACIONES ESTRUCTURALES

La estructura Patujusal es un suave plegamiento anticlinal de rumbo general SE-

NW, de aproximadamente 2.5 km. de largo y 1.5 km. de ancho, limitada en tres

direcciones por fallas distensivas y cierre estructural en su flanco S

10

Figura 1.3.- Campo Patujusal

Fuente.- Ministerio de Hidrocarburos & Energa; Campos gasferos y petrolero

de Bolivia; 2012

3 Baker Hughes; Centrilift Pump Recirculation 10 Maggiolo,Raul; Analisis Nodal y flujo multifasico; ESP OIL; 2009 8 Diaz Rioja, Carlos; Libro completo de Produccion; Anaco;2011

11

CAPITULO 2

CONCEPTOS DE BOMBEO ELECTRECTROSUMERGIBLE

2.1 INTRODUCCION.

El objetivo de perforar y completar un pozo petrolero, es llevar el petrleo y el

gas desde su ubicacin original en el reservorio hasta la superficie. El

movimiento o transporte de esos fluidos requiere energa para vencer prdidas

por friccin en el sistema y elevar la produccin hacia la superficie. Los

fluidos deben viajar a travs del reservorio, sistema de tuberas y por ltimo a

travs de los separadores de gas lquido.

El sistema de produccin est formado por el yacimiento, la completacin, el

pozo y las facilidades de superficie. El yacimiento es una o varias unidades de

flujo del subsuelo creadas e interconectadas por la naturaleza,

mientras que la completacin (perforaciones caoneo), el pozo y las

facilidades de superficie es infraestructura construida por el hombre para la

extraccin, control, medicin, tratamiento y transporte de los fluidos

hidrocarburos extrados de los yacimientos, en la figura N 2.1 se observa el

sistema de produccin de hidrocarburos y sus componentes [8].

2.1.1 PROCESO DE PRODUCCIN.

El proceso de produccin en un pozo de petrleo, comprende el recorrido de

los fluidos desde el radio externo de drenaje en el yacimiento hasta el

separador de produccin en la estacin de flujo. En la figura se muestra el

sistema completo con cuatro componentes claramente identificados:

Yacimiento, Completacin, Pozo, y Lnea de Flujo Superficial. Existe una

presin de partida de los fluidos en dicho proceso que es la presin esttica del

yacimiento, Pws, y una presin final o de entrega que es la presin del

separador en la estacin de flujo, Psep [6].

12

Figura 2.1.- Sistema de produccin natural.

Fuente.- Pagina web: www.petroblog.com

2.2 RECORRIDO DE LOS FLUIDOS EN EL SISTEMA

2.2.1TRANSPORTE EN EL YACIMIENTO El movimiento de los fluidos

comienza en el yacimiento a una distancia re del pozo donde la presin es

Pws, viaja a travs del medio poroso hasta llegar a la cara de la arena o radio

del hoyo, rw, donde la presin es Pwfs. En este mdulo el fluido pierde energa

en la medida que el medio sea de baja capacidad de flujo (Ko.h), presente

restricciones en la cercanas del hoyo (dao, S) y el fluido ofrezca resistencia al

flujo (o). Mientras ms grande sea el hoyo mayor ser el rea de

comunicacin entre el yacimiento y el pozo mejorando el ndice de

productividad del pozo. La perforacin de pozos horizontales aumenta

sustancialmente el ndice de productividad del pozo.

2.2.2TRANSPORTE EN LAS PERFORACIONES: Los fluidos aportados por el

yacimiento atraviesan la completacin que puede ser un revestidor de

produccin

13

cementado y perforado, normalmente utilizado en formaciones consolidadas, o

un empaque con grava, normalmente utilizado en formaciones poco

consolidadas para el control de arena. En el primer caso la prdida de energa

se debe a la sobrecompactacin o trituracin de la zona alrededor del tnel

perforado y a la longitud de penetracin de la perforacin; en el segundo caso

la perdida de energa se debe a la poca rea expuesta a flujo. AL atravesar la

completacin los fluidos entran al fondo del pozo con una presin Pwf.

2.2.3 TRANSPORTE EN EL POZO: Ya dentro del pozo los fluidos ascienden a

travs de la tubera de produccin venciendo la fuerza de gravedad y la friccin

con las paredes internas de la tubera. Llegan al cabezal del pozo con una

presin Pwh.

2.2.3 TRANSPORTE EN LA LNEA DE FLUJO SUPERFICIAL: Al salir del

pozo si existe un reductor de flujo en el cabezal ocurre una cada brusca de

presin que depender fuertemente del dimetro del orificio del reductor, a

la descarga del reductor la presin es la presin de la lnea de flujo, Plf,

luego atraviesa la lnea de flujo superficial llegando al separador en la estacin

de flujo, con una presin igual a la presin del separador Psep, donde se

separa la mayor parte del gas del petrleo [8].

2.3 REDUCCION DE PRESION EN LOS DIFERENTES COMPONENTES DEL

SISTEMA DE PRODUCCION.

La cada de presin a travs de todo el sistema, incluyendo el flujo a travs del

medio poroso hasta el pozo, ser el diferencial entre las presiones de los

contornos del sistema; es decir, la presin promedio del yacimiento en el radio

de drenaje y la presin en el separador. Esta cada de presin corresponde a la

sumatoria de las cadas de presin ocurridas en cada uno de los componentes

y subcomponentes del sistema de flujo; o sea, medio poroso, tubera vertical,

tubera horizontal, vlvulas, reductores de flujo, intervalo caoneado,

separador, etc.

Puesto que la cada de presin a travs de cualquier componente o

14

subcomponente del sistema depende de la velocidad de las partculas de

fluidos en movimiento y, por ende, del caudal de flujo y del rea normal abierta

al flujo, la tasa de produccin estar controlada por las caractersticas de estos

componentes y subcomponentes. Teniendo en cuenta la interaccin existente

entre todos y cada uno de ellos, puesto que cualquier cambio o alteracin de

las condiciones de flujo en alguno de ellos afectar en mayor o menor grado

las condiciones de flujo de los restantes, se puede inferir que todo sistema

de produccin debe ser tratado y manejado de manera integral. De esta

forma, su diseo final estar basado tanto en los comportamientos esperados

del yacimiento y del flujo vertical y horizontal, como en los subcomponentes

agregados tales como reductores, vlvulas, codos, etc. As, los criterios de

seleccin de las caractersticas, tamao, dimetro, etc., de los elementos del

sistema debern estar fundamentados en un anlisis fsico riguroso, aunque

generalmente aproximado, del sistema de flujo como un todo, de manera

integral, en correspondencia con las expectativas de potencial de

produccin y de tasas de produccin por pozo adecuadas para drenar el

yacimiento de manera eficiente [8]. En la figura N 2.2 se presenta un grfico

ilustrativo del perfil de presin a travs de toda la trayectoria del flujo en un

sistema de produccin.

Figura 2.2.- Distribucin de Presiones en el Sistema de Produccin

Fuente.- Baker Hughes; Centrilift; 2012

15

2.4 CAPACIDAD DE PRODUCCIN DEL SISTEMA.

La capacidad de produccin del sistema est representada a travs de la tasa

de produccin del pozo, y esta es consecuencia de un perfecto balance

entre la capacidad de aporte de energa del yacimiento y la demanda de

energa de la instalacin [17].

2.5 CURVAS DE OFERTA Y DEMANDA DE ENERGA EN EL FONDO DEL

POZO.

Tradicionalmente el balance de energa se realizaba en el fondo del pozo, pero

la disponibilidad actual de simuladores del proceso de produccin permite

establecer dicho balance en otros puntos (nodos) de la trayectoria del proceso:

cabezal del pozo, separador, etc.

Para realizar el balance de energa en el nodo se asumen convenientemente

varias tasas de flujo y para cada una de ellas, se determina la presin con la

cual el yacimiento entrega dicho caudal de flujo al nodo, y a la presin

requerida en la salida del nodo para transportar y entregar dicho caudal en el

separador con una presin remanente igual a Psep.

Por ejemplo, s el nodo esta en el fondo del pozo:

Presin de llegada al nodo: Pwf (oferta) = Pws - Py Pc

Presin de salida del nodo: Pwf (demanda)= Psep + PI + Pp

En cambio, si el nodo esta en el cabezal del pozo:

Presin de llegada al nodo: Pwh (oferta) = Pws py pc - Pp

Presin de salida del nodo: Pwh (demanda) = Psep + Pl

La representacin grfica de la presin de llegada de los fluidos al nodo en

funcin del caudal o tasa de produccin se denomina curva de oferta de

energa o de fluidos del yacimiento (Inflow Curve), y la representacin grfica

de la presin requerida a la salida del nodo en funcin del caudal de

16

produccin se denomina curva de demanda de energa o de fluidos de la

instalacin (Outflow Curve). En la figura N 2.3 se ilustra la curva de oferta y

demanda con el balance de energa en el fondo del pozo[17].

Figura 2.3.- Muestra grafica de anlisis Nodal.


2.6 BALANCE DE ENERGA Y CAPACIDAD DE PRODUCCIN

El balance de energa entre la oferta y la demanda puede obtenerse numrica

y grficamente, y el caudal al cual se obtiene dicho balance representa la

capacidad de produccin del sistema.

Para realizarlo numricamente consiste en asumir varias tasas de produccin y

calcular la presin de oferta y demanda en el respectivo nodo hasta que ambas

presiones se igualen, el ensayo y error es necesarios ya que no se puede

resolver analticamente por la complejidad de las formulas involucradas en el

clculo de las

Ps en funcin del caudal de produccin. Para obtener grficamente la

solucin, se dibujan ambas curvas en un papel cartesiano y se obtiene el

caudal donde se interceptan [17].

Para obtener la curva de oferta en el fondo del pozo es necesario disponer de un

17

modelo matemtico que describa el comportamiento de afluencia de la arena

productora, ello permitir computar P y adicionalmente se requiere un

modelo matemtico para estimar la cada de presin a travs del caoneo o

perforaciones (Pc) y para obtener la curva de demanda en el fondo del pozo es

necesario disponer de correlaciones de flujo multifsico en tuberas que permitan

predecir aceptablemente PI y Pp. Las ecuaciones que rigen el comportamiento

de afluencia a travs del yacimientocompletacin y el flujo multifsico en

tuberas sern tratados en las prximas secciones [17].

2.7 OPTIMIZACIN DEL SISTEMA

Una de las principales aplicaciones de los simuladores del proceso de

produccin es optimizar el sistema lo cual consiste en eliminar o minimizar las

restricciones al flujo tanto en la oferta como en la demanda, para ello es

necesario la realizacin de mltiples balances con diferentes valores de las

variables ms importantes que intervienen en el proceso, para luego,

cuantificar el impacto que dicha variable tiene sobre la capacidad de

produccin del sistema. La tcnica puede usarse para optimizar la

completacin de pozo que aun no ha sido perforado, o en pozos que

actualmente producen quizs en forma ineficiente.

Para este anlisis de sensibilidad la seleccin de la posicin del nodo es

importante ya que a pesar de que la misma no modifica, obviamente, la

capacidad de produccin del sistema, si interviene tanto en el tiempo de

ejecucin del simulador como en la visualizacin grfica de los resultados. El

nodo debe colocarse justamente antes (extremo aguas arriba) o despus

(extremo aguas abajo) del componente donde se modifica la variable. Por

ejemplo, si se desea estudiar el efecto que tiene el dimetro de la lnea de flujo

sobre la produccin del pozo, es ms conveniente colocar el nodo en el

cabezal o en el separador que en el fondo del pozo. La tcnica puede usarse

para optimizar pozos que producen por flujo natural o por

Levantamiento Artificial [17].

18

2.8 MTODOS DE PRODUCCIN: FLUJO NATURAL Y LEVANTAMIENTO

ARTIFICIAL.

Cuando existe una tasa de produccin donde la energa con la cual el

yacimiento oferta los fluidos, en el nodo, es igual a la energa demandada por

la instalacin (separador y conjunto de tuberas: lnea y eductor), se dice

entonces que el pozo es capaz de producir por FLUJO NATURAL. Cuando la

demanda de energa de la instalacin, en el nodo, es siempre mayor que

la oferta del yacimiento para cualquier tasa de flujo, entonces se requiere el

uso de una fuente externa de energa para lograr conciliar la oferta con la

demanda; la utilizacin de esta fuente externa de energa con fines de levantar

los fluidos desde el fondo del pozo hasta el separador es lo que se denomina

mtodo de LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL. Entre los mtodos de

levantamiento Artificial de mayor aplicacin en la Industria Petrolera se

encuentran: el levantamiento Artificial por Gas (L.A.G), Bombeo Mecnico

(B.M.C) por cabillas de succin, Bombeo Electro-Centrifugo Sumergible

(B.E.S), Bombeo de Cavidad Progresiva (B.C.P) y Bombeo Hidrulico (B.H.R y

B.H.J).

2.8.1 LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL DE HIDROCARBUROS.

Cuando el pozo deja de producir por flujo natural, se requiere el uso de una

fuente externa de energa para conciliar la oferta con la demanda de energa.

La utilizacin de esta fuente es con el fin de levantar los fluidos desde el fondo

del pozo hasta el separador, es lo que se denomina levantamiento artificial.

El propsito de los mtodos de levantamiento artificial es minimizar los

requerimientos de energa en la cara de la formacin productora, con el objeto

de maximizar el diferencial de presin a travs del yacimiento y provocar, de

esta manera, la mayor afluencia de fluidos, sin que generen problemas de

produccin: Arenamiento, conificacin de agua, etc. En la figura N 2.4 se

ilustran los diferentes mtodos de levantamiento artificial con sus principales

caractersticas [17]

19

Figura 2.4.- Metodos de levantamiento Artificial.

Fuente.- Pagina web www.weatherford.com/als.lift

2.9 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIN DEL MTODO DE

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL.

Una vez que el pozo es perforado, lo ideal es que el mismo produzca por flujo

natural. Es la manera ms econmica de producir el yacimiento.

Ms de un 90 % de los pozos de la corporacin petrolera producen asistidos

por un mtodo de levantamiento artificial.

Los cambios de mtodos de levantamiento deben aplicarse previo a un anlisis

tcnico y econmico que involucre el ciclo de vida del activo, desde su

adquisicin hasta su desincorporacin.

Existen oportunidades de optimar el gasto energtico, reducir los costos de

levantamiento y liberacin del gas de levantamiento para comercializacin.

La tendencia de la poblacin de sistema BES y BCP es al aumento.

20

Las ventanas de aplicacin estn sujetas a cambios debido a mejoras

tecnolgicas incorporadas por los fabricantes.

Se debe hacer un estudio detallado en cada campo para determinar, que

mtodo de levantamiento artificial se puede usar, definir las especificaciones

tcnicas de los equipos y establecer las mejores prcticas. Estas se deben

incorporar en los procesos licitatorios futuros.

Es necesario promover intercambios tecnolgicos de experiencias entre

departamentos de mtodos de produccin, optimizacin de los distintos

campos de la corporacin [17].

Los sistemas de levantamiento artificial en pozos petroleros en los cuales ya no

fluyen en forma natural, estn conformados por equipos de subsuelo y de

superficie diseados de acuerdo con las condiciones de cada campo,

dependiendo especialmente de las caractersticas de los fluidos presentes en

un yacimiento y de las condiciones especificas de cada pozo y del yacimiento.

En necesario que las personas que dirigen, operan y mantienen un campo

petrolero, conozcan los principios y procedimientos operativos de los equipos

utilizados en la extraccin de crudo para mejorar sus conocimientos y

competencias en el proceso de extraccin de fluidos. Los supervisores,

tcnicos de mantenimiento y operadores, compaas de servicio que

suministran o mantienen estos equipos, deben identificar la importancia y el

manejo de las principales variables que inciden en las operaciones de

extraccin de fluidos en los campos petroleros, basados, tanto en los aspectos

tericos, como en la experiencia de campo.

Podemos observar en la figura N 2.8 la ventana de aplicacin de los mtodos

de levantamiento artificial bajo diferentes parmetros.

3 Baker Hughes; Centrilift Pump Recirculation;2012 14 Pgina web: www.petrobloguer:com/bombeoelectrosumergilble

21

Figura 2.5.- Ventana de Aplicacin de los Sistemas de Levantamiento.

Fuente.- www.petrobloguer.com

2.9.1 BOMBEO MECANICO (BM).

El bombeo mecnico es un procedimiento de succin y transferencia casi

continua del petrleo hasta la superficie. La unidad de superficie genera el

movimiento de sube y baja a la sarta de varillas de succin que mueve el pistn

de la bomba, colocada en la sarta de produccin, a cierta profundidad del fondo

del pozo. Este mtodo consiste fundamentalmente en una bomba de subsuelo de

accin reciprocante. La energa proviene de un motor elctrico o de combustin

interna, la cual moviliza una unidad de superficie mediante un sistema de

engranajes y correas. El Bombeo Mecnico Convencional tiene su principal

aplicacin en el mbito mundial en la produccin de crudos pesados y extra

pesados, aunque tambin se usa en la produccin de crudos medianos y

22

livianos. No se recomienda en pozos desviados y tampoco es recomendable

cuando la produccin de slidos y/o la relacin gas lquido sea muy alta, ya que

afecta considerablemente la eficiencia de la bomba.

En la figura N 2.5 se ilustra los componentes del bombeo mecnico [17].

2.9.1.1 Ventajas del sistema de bombeo mecnico de petrleo:

Fcil de operar y de hacer mantenimiento.

Puede usarse en crudos pesados y extrapesados.

Se puede cambiar fcilmente de tasa de produccin por cambio en la

velocidad de bombeo. Puede bombear el pozo a una muy baja presin

de entrada para obtener la mxima produccin.

Usualmente es la ms eficiente forma de levantamiento artificial. Se

puede intercambiar fcilmente de unidades de superficie.

Se puede usar motores a gas como motores primarios s la electricidad

no esta disponible.

Se puede usar la bomba con el control apagado para minimizar la carga

del fluido, costos de electricidad y las fallas de varilla.

Puede ser monitoreada remotamente con un sistema de control de

supervisin de bomba.

Se puede usar computadoras modernas de anlisis dinamomtrico

para la optimizacin del sistema.

2.9.1.2 Desventajas del sistema de bombeo mecnico de petrleo:

Es problemtico en pozos con alta desviacin.

No puede ser usada en pozos costa afuera por los grandes equipos de

superficie y la limitada capacidad de produccin es comparada con otros

mtodos.

No puede funcionar con excesiva produccin de arena.

La eficiencia volumtrica cae drsticamente cuando se tiene gas libre.

La tasa de produccin cae con la profundidad comparado con otros

mtodos de levantamiento artificial.

23

Es obstrusivo en reas urbanas.

Figura 2.6.- Componentes de un Equipo de Bombeo Mecnico


2.9.2 BOMBEO DE CAVIDAD PROGRESIVA (BCP).

El Bombeo por Cavidad Progresiva proporciona un mtodo de levantamiento

artificial que se puede utilizar en la produccin de fluidos muy viscosos y posee

pocas partes mviles por lo que su mantenimiento es relativamente sencillo

(Figura N2.6).

Un sistema BCP consta bsicamente de un cabezal de accionamiento en

superficie y una bomba de fondo compuesta de un rotor de acero, en forma

helicoidal de paso simple y seccin circular, que gira dentro de un estator de

elastmero vulcanizado.

La operacin de la bomba es sencilla; a medida que el rotor gira

excntricamente dentro del estator, se van formando cavidades selladas entre

las superficies de ambos, para mover el fluido desde la succin de la bomba

hasta su descarga.

24

El estator va en el fondo del pozo enroscado a la tubera de produccin con un

empaque no sellante en su parte superior. El dimetro de este empaque debe

ser lo suficientemente grande como para permitir el paso de fluidos a la

descarga de la bomba sin presentar restriccin de ningn tipo, y lo

suficientemente pequeo como para no permitir el paso libre de los acoples de

la extensin del rotor.

El rotor va roscado en las varillas por medio del nple espaciador o intermedio,

las varillas son las que proporcionan el movimiento desde la superficie hasta la

cabeza del rotor. La geometra del conjunto es tal, que forma una serie de

cavidades idnticas y separadas entre s. Cuando el rotor gira en el interior del

estator estas cavidades se desplazan axialmente desde el fondo del estator

hasta la descarga generando de esta manera el bombeo por cavidades

progresivas. Debido a que las cavidades estn hidrulicamente selladas entre

s, el tipo de bombeo es de desplazamiento positivo.

La instalacin de superficie est compuesta por un cabezal de rotacin, que

est conformado, por el sistema de transmisin y el sistema de frenado. Estos

sistemas proporcionan la potencia necesaria para poner en funcionamiento al a

bomba de cavidades progresivas [17].

Otro elemento importante en este tipo de instalaciones es el sistema de

anclaje, que debe impedir el movimiento rotativo del equipo ya que, de lo

contrario, no existir accin de bombeo. En vista de esto, debe conocerse la

torsin mxima que puede soportar este mecanismo a fin de evitar daos

innecesarios y mala operacin del sistema.

El nple de asentamiento o zapato, en el que va instalado y asegurado al

sistema de anclaje, se conecta a la tubera de produccin permanentemente

con lo cual es posible asentar y desasentar la bomba tantas veces como sea

necesario. La figura 2.6 muestra los componentes de un sistema de bombeo

de cavidad progresiva [8].

25

Figura 2.7.- Componentes de Bombeo de Cavidad Progresiva


2.9.2.1 Ventajas de los sistemas de bombeo de cavidad progresiva:

Los sistemas BCP tienen algunas caractersticas nicas que los hacen

ventajosos con respecto a otros mtodos de levantamiento artificial, una de sus

cualidades ms importantes es su alta eficiencia total. Tpicamente se obtienen

eficiencias entre 50 y 60 %. Otras ventajas adicionales de los sistemas BCP

son:

Produccin de fluidos altamente viscosos (2000-500000) cp.

26

La inversin de capital es del orden del 50% al 25% del de las unidades

convencionales de bombeo, dependiendo del tamao, debido a la

simplicidad y a las pequeas dimensiones del cabezal de accionamiento.

Los costos operativos son tambin mucho ms bajos. Se seala ahorros

de energa de hasta 60% al 75% comparado con unidades

convencionales de bombeo eficiente. El sistema de accionamiento es

tambin eficiente a causa de que las varillas de bombeo no se levantan y

bajan, solo giran.

Los costos de transporte son tambin mnimos, la unidad completa

puede ser transportada con una camioneta.

Opera eficientemente con arena debido a la resistencia del material del

estator y al mecanismo de bombeo.

La presencia de gas no bloquea la bomba, pero el gas libre a la succin

resta parte de su capacidad, como sucede con cualquier bomba,

Amplo rango de produccin para cada modelo, rangos de velocidades

recomendados desde 25 hasta 500 RPM, lo que da una relacin de 20 a 1

en los caudales obtenidos. Este rango se puede obtener sin cambio de

equipo.

La ausencia de pulsaciones en la formacin cercana al pozo generar

menor produccin de arena de yacimientos no consolidados. La

produccin de flujo constante hace ms fcil la instrumentacin.

El esfuerzo constante en la sarta con movimientos mnimos disminuye el

riesgo de fallas por fatiga y la pesca de varillas de bombeo.

Su pequeo tamao y limitado uso de espacio en superficies, hacen que

la unidad BPC sea perfectamente adecuada para locaciones con pozos

mltiples y plataformas de produccin costa fuera.

El bajo nivel de ruido y pequeo impacto visual la hace ideal para

reas urbanas.

Ausencia de partes reciprocantes evitando bloqueo o desgaste de las

partes mviles.

Simple instalacin y operacin.

27

2.9.2.2 Desventajas de los sistemas de bombeo de cavidad progresiva:

Los sistemas BCP tambin tienen algunas desventajas en comparacin

con los otros mtodos. La ms significativa de estas limitaciones se

refiere a las capacidades de desplazamiento y levantamiento de la

bomba, as como la compatibilidad de los elastmeros con ciertos

fluidos producidos, especialmente con el contenido de componentes

aromticos:

Resistencia a la temperatura de hasta 280F o 138C (mxima de 350F

o 178C).

Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastmeros pueden hincharse

o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por perodos

prolongados de tiempo).

Tendencia del estator a dao considerable cuando la bomba trabaja en

seco por perodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se

obstruye la succin de la bomba, el equipo comienza a trabajar en seco)

Desgaste por contacto entre la varilla y la caera de produccin en

pozos direccionales y horizontales.

Requieren la remocin de la tubera de produccin para sustituir la

bomba (ya sea por falla, por adecuacin o por cambio de sistema).

2.9.3 LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS (LAG)

El levantamiento artificial por gas (LAG), utiliza gas comprimido a alta presin

como fuente externa de energa. El gas es inyectado en un punto de la columna

de fluidos en la tubera de produccin, reduciendo su peso, de esta manera la

energa del yacimiento, ser suficiente para transportar los fluidos desde el fondo

hasta la superficie. Los Mecanismos involucrados en este proceso son:

Disminucin de la densidad, expansin del gas inyectado y desplazamiento del

lquido.

Existen dos tipos de levantamiento artificial por gas (figura N 2.7): Por flujo

continuo que se considera una extensin del mtodo de produccin por flujo

natural y esto consiste en suplir el gas de formacin mediante la inyeccin

28

continua de gas en la columna de fluidos, con la finalidad de aligerar el peso de

sta; y por flujo intermitente que se inyecta cclica e instantneamente un alto

volumen de gas comprimido en la tubera de produccin, con el propsito de

desplazar, hasta la superficie, la columna o tapn de fluido que aporta la arena

por encima del punto de inyeccin [9].

2.9.3.1 Equipos de superficie.

a) Planta compresora:

Es donde se realiza el proceso de comprimir el gas de baja a alta presin.

Puede ser centrfuga (turbina) o reciprocante (moto-compresor). Recibe el gas

de baja, el cual puede provenir de los pozos, lo comprime a su capacidad, lo

enva como gas de alta presin a la red de distribucin y, de all, a cada pozo.

b) Sistema de distribucin de gas:

La red de distribucin, la cual puede ser del tipo ramificado o poseer un

mltiple de distribucin, es la encargada de transportar el gas y distribuirlo a

cada pozo. La presin y el volumen de gas que llega al pozo dependern de la

presin y el volumen disponibles en la planta compresora, menos la prdida

que se origina en el sistema de distribucin.

El equipo utilizado para la medicin y el control est conformado por el

registrador de dos plumas, a travs del cual se miden las presiones de

inyeccin y produccin; el estrangulador ajustable, la placa orificio donde se

regula y controla el gas de inyeccin, las vlvulas de bloqueo mediante las

cuales se controla el contraflujo que se pueda generar.

c) Sistema de recoleccin de fluidos:

Est formado por las lneas de flujo, encargadas de transportar el fluido haca

el separador, donde se separan la fase lquida, la cual es transportada a los

tanques, y la fase gaseosa, que es enviada a la planta compresora.

29

2.9.3.2 Equipo de subsuelo.

Los componentes del equipo de subsuelo, en este tipo de levantamiento, son los

mandriles y las vlvulas de inyeccin. La cantidad o nmero de mandriles y

vlvulas requeridas depender fuertemente de la presin de inyeccin disponible.

a) Mandriles:

Son tuberas con diseos especiales. En sus extremos poseen roscas para

conectarse a la sarta de produccin formando, de este modo, parte integrada

de ella. Sirven de receptculo para instalar la vlvula de levantamiento o

inyeccin a la profundidad que se necesite.

b) Vlvulas:

Son dispositivos que se colocan en los bolsillos de los mandriles que calibran a

una presin de apertura segn el diseo del sistema los cuales permiten el

paso del gas inyectado desde el espacio anular hasta el interior de la tubera

de produccin.

Figura 2.8.-Levantamiento por Inyeccin de Gas Continuo e Intermitente

Fuente. Baker Hughes; Centrilift; 2012

30

2.9.3.2.1 Ventajas del mtodo de levantamiento artificial por gas:

Gran flexibilidad para producir con diferentes tasas.

Puede ser utilizado en pozos desviados usando mandriles especiales.

Ideal para pozos de alta relacin gas-lquido y con produccin de arena.

Se pueden producir varios pozos desde una sola planta o plataforma.

El equipo del subsuelo es sencillo y de bajo costo. Bajo costo de

operacin.

2.9.3.2.2 Desventajas del mtodo de levantamiento artificial por gas:

Se requiere una fuente de gas de alta presin.

No es recomendable en instalaciones con revestidores muy viejos y

lneas de flujo muy largas y de pequeo dimetro.

El gas de inyeccin debe ser tratado.

No es aplicable en pozos de crudo viscoso y/o parafinoso. Su diseo es

laborioso.

Aplicable a pozos de hasta ms de 10.000 pies de profundidad.

2.9.4 BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE (BES).

El sistema de bombeo electrosumergible, se ha constituido en uno de los ms

importantes sistemas de levantamiento artificial para la produccin de petrleo,

este sistema se adapta a diversas condiciones del pozo tales como: pozos con

alto corte de agua, produccin de fluidos de alta viscosidad, pozos con altas

temperaturas, entre otros.

El mtodo consiste en levantar el fluido del pozo por medio de una bomba

centrfuga multietapas. La energa requerida por la bomba es generada por un

motor elctrico de fondo el cual recibe la corriente a travs de un cable elctrico

que va desde superficie[5]..

5 Baker Hughes-Centrilift; Electrical Submersible Pump & Equipment

31

Un sistema de bombeo electrosumergible, se compone de elementos de

superficie y elementos de fondo que estn ntimamente ligados para el correcto

funcionamiento del equipo.

Para un mejor entendimiento de la operacin de una bomba electrosumergible

se requieren ciertos fundamentos bsicos de electricidad e hidrulica, descritos

posteriormente.

REDA - Schlumberger

CENTRILIFT Baker Hughes

ESP - WOOD GROUP

2.9.4.1 Aplicaciones del bombeo electrosumergible.

Este es un mtodo de levantamiento artificial altamente eficiente y aplicables

para la produccin de crudos livianos y medianos con baja presin de fondo,

alta relacin agua-petrleo, baja relacin gas-petrleo y con alto levantamiento

o energa. Sin embargo, es uno de los mtodos de extraccin de crudo que

exige mayor requerimiento de supervisin, anlisis y control, a fin de

garantizar el adecuado comportamiento del sistema.

ste ha probado ser un sistema artificial de produccin eficiente y econmica.

En la actualidad ha cobrado mayor importancia debido a la variedad de casos

industriales en los que es ampliamente aceptado.

En la industria petrolera, comparativamente con otros sistemas artificiales de

produccin tiene ventajas y desventajas, debido a que por diversas

razones no siempre puede resultar el mejor.

El sistema de bombeo electrosumergible (BES) ha demostrado ser una alternativa

altamente eficiente para la produccin de crudos livianos y medianos en el mbito

mundial, gracias a las ventajas que proporciona en comparacin con cualquier

otro mtodo de levantamiento artificial. Este sistema posee la capacidad de

manejar grandes volmenes de crudo, desde 150 hasta 100.000 barriles por da

(BPD), desde profundidades hasta de 4.572 metros. Adems de esto, el sistema

BES permite controlar y programar la produccin dentro de los lmites del pozo, a

32

travs del empleo del variador de frecuencia. Otro de los beneficios que

proporciona este mtodo, es la indicacin contina de las condiciones de presin

y temperatura en el pozo, gracias a las seales transmitidas por el censor

de presin y temperatura ubicado en el fondo pozo [5].

2.9.4.2 Principio de funcionamiento.

Tiene como principio fundamental levantar el fluido del reservorio hasta la

superficie, mediante la rotacin centrfuga de la bomba electrosumergible.

La potencia requerida por dicha bomba es suministrada por un motor elctrico

que se encuentra ubicado en el fondo del pozo; la corriente elctrica, necesaria

para el funcionamiento de dicho motor, es suministrada desde la superficie, y

conducida a travs del cable de potencia hasta el motor.

El Sistema BES representa uno de los mtodos ms automatizables y fcil de

mejorar, y est constituido por equipos complejos y de alto costo, por lo que se

requiere, para el buen funcionamiento de los mismos, de la aplicacin

de herramientas efectivas para su supervisin, anlisis y control [5]

Figura 2.9.- Sistema de Bombeo Electrosumergible.


33

2.9.4.3 Ventajas del bombeo electrosumergible.

Puede levantar altos volmenes de fluidos.

Maneja altos cortes de agua (Aplicables en costa a fuera). Puede usarse

para inyectar fluidos a la formacin.

Su vida til puede ser muy larga.

Trabaja bien en pozos desviados

No causan destrucciones en ambientes urbanos

Fcil aplicacin de tratamientos contra la corrosin y formaciones de

escamas. No tiene casi instalaciones de superficie a excepcin de un

control de velocidad

del motor.

La motorizacin es elctrica exclusivamente y el motor se encuentra en

la bomba misma al fondo del pozo.

Su tecnologa es la ms complicada y cara pero son preferidas en caso

de tener que elevar grandes caudales.

2.9.4.4 Limitaciones del bombeo electrosumergible.

Inversin inicial muy alta. Alto consumo de potencia.

No es rentable en pozos de baja produccin.

Los cables se deterioran al estar expuestos a temperaturas elevadas.

Susceptible a la produccin de gas y arena.

Su diseo es complejo.

Las bombas y motor son susceptibles a fallas.

Es un sistema difcil de instalar y su energizacin no siempre es

altamente confiable.

En cuanto al costo de instalacin, es el ms alto, pero el mantenimiento

de superficie es mnimo y limitado a los componentes electrnicos de los

variadores de velocidad y protecciones elctricas [5]

34

2.9.4.5 Parmetros para la aplicacin del bombeo electrosumergible.

Temperatura: limitado por > 350F para motores y cables especiales.

Presencia de gas: saturacin de gas libre < 10%

Presencia de arena: < 200 ppm. Viscosidad: limite cercano a los 200 cps.

Profundidad: 6000 8000 pies

Tipo de completacin: Tanto en pozos verticales, como desviados.

Volumen de fluido: hasta 4000 BPD [5].

2.9.4.6 Componentes del sistema de bombeo electrosumergible.

Una unidad tpica convencional del Sistema de Bombeo Electrosumergible se

compone bsicamente de equipos de subsuelo, equipos de superficie y cables.

La figura N 2.9 muestra los equipos de superficie y subsuelo.

El conjunto de equipos de subsuelo se encuentra constituido por la bomba

centrifuga, la seccin de entrada estndar o el separador de gas, la seccin de

sello o protector, el motor elctrico y la bomba recirculadora que pretendemos

implementar. Entre los cables tenemos: el cable conductor elctrico, el cable de

conexin al motor y el sensor de fondo.

Los equipos de superficie estn conformados por el cabezal de descarga, el

variador de frecuencia o el controlador de arranque directo, la caja de unin o

venteo y por el conjunto de transformadores.

Entre los componentes de accesorios se pueden listar la vlvula de drenaje, la

vlvula de venteo, los soportes en el cabezal, los centralizadores y las bandas

de cable. [3]

2.9.4.7 Componentes superficiales

2.9.4.7.1 Componentes del equipo de superficie

La funcin principal del equipo de superficie es monitorear las condiciones del

pozo, proveer de energa elctrica al motor electrosumergible y controla su

35

funcionamiento.La instalacin de superficie consta de un transformador

reductor de 13,8 KV a 480 V, voltaje necesario para la operacin del variador

de velocidad (VSD), el cual provee el voltaje trifsico variable al

transformador elevador multi-taps, elevando al voltaje necesario para la

operacin del motor en el fondo del pozo, la caja de venteo es un punto de

conexin del equipo de superficie con el equipo de fondo, finalmente junto a

la caja de venteo se instala un registrador de amperaje del motor

electrosumergible.

Los componentes principales del equipo de superficie del sistema de

bombeo electrosumergible son:

Cabezal del pozo

Caja de Conexiones (Caja de Venteo)

Transformadores

Controladores del Motor (Variador de frecuencia)

2.9.4.7.2 Cabezal del Pozo

El cabezal cierra mecnicamente el pozo, es decir proporciona hermeticidad y

control de los fluidos del pozo; puede resistir presiones diferenciales de

hasta 10.000 psi, y est diseado para soportar el peso del equipo de

subsuelo y mantener el control del pozo en el anular y tubing.

Provee las facilidades para instalar el cable de potencia, mediante un

conector denominado Quick Conector, donde se realiza el empalme de los

cables elctricos de superficie y de fondo.

El cabezal del pozo adems incluye estranguladores ajustables, colgadores de

la tubera de produccin y vlvulas de alivio. La figura 1.24, representa el

cabezal del pozo de BES.

36

Figura 2.10.- Cabezal del Pozo de Bombeo Electrosumergible

FUENTE: Baker Hughes; Centrilift; 2012

2.9.4.7.3 Caja de Conexiones (Venteo)

Por razones de seguridad, la caja de conexiones (figura 1.25), tambin

conocida como caja de venteo est localizada entre el cabezal del pozo y el

tablero de control.

La caja de venteo cumple con tres funciones muy importantes:

1. Proveer un punto de conexin entre el bobinado secundario del

transformador elevador multi-taps y el cable elctrico de potencia

proveniente del fondo del pozo.

2. Permite desfogar a la atmsfera el gas que pueda subir por la

armadura de proteccin del cable elctrico de potencia, proveniente

del fondo del pozo.

3. Facilita puntos de prueba fcilmente accesibles para la revisin

elctrica de los equipos de subsuelo.

37

Figura 2.11.- Caja de conexiones


Generalmente junto a la caja de venteo se instala un registrador ampermetro

donde se registra de forma grfica la corriente del motor electrosumergible en

cartas Amperimtricas.

2.9.4.7.4 Controladores del Motor

Los controladores de motor pueden ser simples en su diseo, mientras que otros

pueden ser extremadamente sofisticados y complejos, ofreciendo numerosas

opciones que fueron diseadas para aumentar los mtodos de control,

proteccin, y monitoreo del equipo BES. Se escoger el tipo de controlador

dependiendo de la aplicacin, que se quiera dar, la economa y el mtodo

preferido de control.

Existen tres tipos de Controladores del Motor especialmente diseados para las

unidades de bombeo electrosumergible, que se usan para proteger y diagnosticar

los equipos de fondo:

Panel de Control de Velocidad Fija (Switchboard)

Controlador de Velocidad Variable (VSD)

Arrancador Suave

Normalmente, todos utilizan un sistema de circuitos que proporcionan proteccin y

38

control, para el sistema BES. Los controladores varan en tamao fsico, diseo y

potencia.

2.9.4.7.1 Panel de Control de Velocidad Fija

El tablero de control de frecuencia fija, especialmente diseado para ser

usado con equipos BES, es usado en conjunto con un controlador, el cual

protege al motor y al cable de descargas de alto voltaje.Los arranques del

motor son bruscos.

El controlador protege al sistema BES de sobrecarga, bajacarga, desbalance

de la corriente, sobre y bajos voltajes de la red, arranques excesivos, etc.

Este puede ser sumamente sencillo y contener nicamente un botn de

arranque y un fusible de proteccin por sobre carga; o bien puede contener

fusibles de desconexin por sobrecarga y baja carga, mecanismos de relojera

para restablecimiento automtico y operacin intermitente, protectores de

represionamiento de lneas, luces indicadores de la causa de paro,

ampermetro, y otros dispositivos para control remoto, los tipos de tablero

existentes son electromecnicos o bien totalmente transistorizados y compactos.

Figura 2.12.-Tablero de control (switchboard).

FUENTE: Baker Hughes; Centrilift Curso Bsico BES; 2012

39

2.9.4.7.2 Controlador de Velocidad Variable (VSD)

El controlador de velocidad variable VSD (Variable Speed Driver), permite

alterar la frecuencia del voltaje que alimenta al motor y por lo tanto

modificar su velocidad. El rango de ajuste de la frecuencia es de 30 a 90 Hz,

lo que implica su amplio rango de velocidades y por lo tanto permite mejorar

las condiciones de produccin deseadas. Una alta frecuencia

incrementa la velocidad y la produccin; una baja frecuencia, los

disminuye.

El VSD se instala en superficie entre los transformadores reductor y

elevador multi-taps, como se observa en la Figura 1.27, ste controla la

velocidad de rotacin del eje del motor electrosumergible que se

encuentra axialmente acoplado al eje de la bomba centrfuga multi-etapa

ubicada en el fondo del pozo.

El VSD proporciona la potencia suficiente del equipo de fondo para que ste

funcione en ptimas condiciones, adems puede ser programado para

situaciones especiales tales como control y monitoreo del equipo BES,

encendido sin sobrecarga, con torques constantes, descarga del fluido de

control, arranques programados despus de un paro del equipo y otros.

La manipulacin de la frecuencia de entrada al motor permite modificar la

velocidad del equipo de fondo y por ende el rendimiento y rango operacional

de la bomba electrosumergible.

5 Baker Hughes-Centrilift; Electrical Submersible Pump; 2012 12 Pagina web: www.bakerhughes.com/centrilft/news 8 Diaz Rioja, Carloslibro Completo de Produccin

40

Figura 2.13.- Controlador de velocidad variable (VSD)

FUENTE: Baker Hughes; Centrilift Curso Bsico BES; 2012

2.9.4.7.3 Arrancador Suave

Los Arrancadores Suaves optimizan las secuencias de arranque y de

parada (aceleran y desaceleran), aumentan la productividad, permiten ahorro

de energa / mantenimiento y protegen los motores de induccin trifsicos,

es decir reducen los esfuerzos elctricos y mecnicos que se asocian con el

arranque de los equipos electrosumergibles para aplicaciones de baja

profundidad. Este es similar a un panel de control estndar, hace caer el

voltaje en los terminales del motor durante la fase inicial del arranque.

El arranque suave se logra controlando la cantidad de potencia

entregada al motor a medida que toma velocidad. El control de la tensin

aplicada al motor permite a los Arrancadores Suaves arrancar y parar un

motor elctrico de modo suave y controlado.

2.9.7.5 Transformadores

Los transformadores, tanto reductor como elevador multi-taps, son instalados en

superficie, debido a que los variadores requieren una tensin de entrada

entre 480V y 380V generalmente. Esta tensin se logra con el transformador

reductor (SDT) que baja el voltaje desde las lneas de 2,4 kV o 13,8kV o

41

34,5kV.La tensin de salida del variador es generalmente inferior a la requerida

por el motor, por eso se usa un transformador elevador (SUT) que sube el voltaje

hasta el requerido por el motor (1.000V 3.760V).

Los transformadores tienen un panel equipado con taps, que se usan para

conseguir el voltaje necesario para el funcionamiento de los controladores del

motor electrosumergible. En la figura 1.28, se ilustra los taps del panel del

transformador [5].

Figura 2.14.- Taps del panel del transformador.


2.9.7.5.1 Transformador Primario (Reductor)

El primer transformador reduce el voltaje de distribucin (lnea primaria) de

13,6 kV al voltaje de 480 V, necesario para el funcionamiento del

variador de frecuencia o por el tablero de control, y se puede instalar un

solo transformador trifsico o un banco de tres transformadores

monofsicos.

En la figura 1.29, se observa un transformador primario.

42

Figura 2.15 Transformador primario (reductor).

FUENTE: Baker Hughes; Centrilift; 2012.

Cuando se instala un tablero de control, el voltaje de salida ser el voltaje

requerido por el motor, mientras que cuando se instala un Variador de

Frecuencia, el voltaje de salida ser el voltaje requerido por este equipo y ser

necesario utilizar un transformador secundario.

2.9.7.5.2 Transformador Secundario (Elevador)

El transformador secundario, conocido tambin como Transformador

Elevador, es utilizado principalmente cuando se instala un Variador de

Frecuencia, con la finalidad de elevar el voltaje de salida del variador (480V

variable en frecuencia) al voltaje que requiere el motor electrosumergible con

las respectivas conexiones (DELTA O ESTRELLA) y el tap que se selecciona

en el transformador elevador.

Se puede instalar un solo transformador trifsico o un banco de tres

transformadores monofsicos. La figura 1.30, muestra un transformador

secundario.

43

Figura 2.16.- Transformador secundario (elevador).


2.9.7.6 Componentes del equipo de subsuelo

Son aquellas piezas o componentes que operan instalados en el subsuelo.

Las compaas de bombeo electrosumergible se especializan en la fabricacin

de estos equipos.

El equipo de fondo del sistema BES, tal como se indica en la figura 1.31, se

suspende de la tubera de produccin y cumple con la funcin de levantar la

columna de fluido necesaria para la produccin de hidrocarburos del pozo.

Los componentes principales del equipo de subsuelo del sistema de bombeo

electrosumergible son:

Motor Electrosumergible

Protector o Seccin Sellante (Sello)

Bomba Electrosumergible

Cable de Extensin (Motor Lead Extensin MLE)

Cable de Potencia Separador de Gas Sensor

44

Figura 2.17 Componentes del equipo de subsuelo

FUENTE: Baker Hughes; Tecnologas en evolucin BES PDF; 2011

2.9.7.6.1 Motor Electrosumergible

Este es un motor trifsico, de induccin tipo jaula de ardilla, de dos polos,

similar a los utilizados en aplicaciones de superficie. El motor

electrosumergible provee la energa que necesita la bomba para rotar y

acelerar los fluidos que estn siendo bombeados hacia la superficie, pueden

operar a una velocidad tpica de 3.600 RPM a 60 Hz y 2.917 RPM a 50 Hz.

Una corriente alterna (AC) de tres fases crea campos magnticos que giran en el

estator. Estos campos magnticos inducen a los rotores y al eje a girar dentro

45

del estator, siendo capaz de producir un determinado nmero de Potencia (HP) a

un voltaje dado. La frecuencia juega un papel muy importante ya que la velocidad

y potencia del motor estn en funcin de esta [12].

Los componentes del motor estn diseados para resistir temperaturas

hasta 260oC (500oF). La figura 1.32, esquematiza un motor.

Figura 2.18.- Motor electrosumergible


El motor posee aceite aislante tipo mineral refinado que lubrica los cojinetes del

motor y transfiere el calor generado hacia la carcasa del motor, adems provee

de alta resistencia dielctrica y conductividad trmica que facilita la refrigeracin

del calor generado hacia el housing del motor, el calor es transferido al fluido

que pasa por la superf

Implementacion de Una Bomba Recirculadora Para La Optimizacion en La Produccion Artificial

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