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Bombeo Electrosumergible - Diseño sábado, julio 28, 2012 Tw eet

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Para optimizar la producción en los pozos, las compañías

operadoras

a

través

de

los

departamentos de optimización de producción, buscan las diferentes alternativas posibles. Actualmente se consideran 2 opciones:

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1. Cambiar el método de levantamiento artificial existente. 2. Optimizar el método en uso. Bajo este criterio se tienen áreas produciendo con diferentes métodos de producción acordes

Bombeo Mecánico - Diseño Es uno de los métodos de producción más utilizados (8090%), el cual su principal característica es la de utilizar una unidad de bombeo par...

con las condiciones del pozo. En el siguiente post se explicará las características y diseño del bombeo electrosumergible, uno de los sistemas de levantamientos más usados en la industria petrolera.

El bombeo electrosumergible saca el fluido de la formación a la superficie mediante la acción rotacional de una bomba centrífuga de múltiples etapas

BPD - Curvas de Declinación de Producción. Parte I: Introducción La declinación es el descenso de la capacidad de producción de un yacimiento, se origina como consecuencia de una disminución de la presión...

sumergidas en el pozo y accionada por energía eléctrica que es suministrada desde superficie. Este método de levantamiento es considerado efectivo y económico para producir grandes cantidades de flujo a mediana y grandes profundidades, y variadas condiciones de pozos. El bombeo electrosumergible presenta las siguientes ventajas:

Origen de los Hidrocarburos En el siglo XIX se creía ampliamente que el petróleo tenía un origen magnético y que este emigró desde las grandes profundidades a lo largo ...

1. Capacidad de manejar altos volúmenes. 2. Facilidad de operar en superficie. 3. Trabaja bien en pozos desviados. 4. Profundidades altas. El bombeo electrosumergible presenta las siguientes desventajas: 1. Costo inicial muy alto. 2. Con el 10% de gas libre se puede bloquear la bomba requiriendo la instalación de un separador de gas.

Foro de Discusión: Análisis Nodal El análisis nodal permite entre muchas cosas, hacer un cotejo de las condiciones de productividad de un pozo de gas y petróleo. El sistema ...

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3. No es aplicable en completaciones múltiples. 4. Cualquier daño en la unidad se debe hacer un servicio a pozo (taladro). 5. Altas temperaturas, corrosión y manejo deficiente conllevan a la falla del cable. 6. Fluidos con arena son difíciles de manejar.

Componentes de Fondo La Bomba

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ÚLTIMOS COMENTARIOS 02 Dic Marcelo Madrid en bombeo mecanico diseno: Gracias por el comentario, esa es la intención. Saludos desde Venezuela!

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02 Dic Jose Daniel Giraldo Parra en bombeo 1/ 8

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El corazón del sistema BES es la bomba centrífuga. Es del tipo multietapa y el número de éstas depende de cada aplicación específica. Cada etapa esta compuesta por un impulsor rotario y un difusor estacionario. El impulsor da al fluido energía cinética. El difusor cambia la energía cinética en energía potencial.

mecanico diseno: Hola los felicito por este Blog, soy técnico en producción de pozos de petroleo y me ha servido mucho el documento de bombeo mecánico. Soy de COLOMBIA - MEDELLIN

Su función es proveer la energía adicional para levantar la producción esperada a superficie. Etapa de la Bomba 1. La bomba centrífuga trabaja por medio de la transferencia de energía del impulsor al fluido desplazado. 2. La parte rotativa, el impulsor genera fuerzas centrífugas que aumentan la velocidad del fluido (energía potencial más la energía cinética). 3. La parte estacionaria, el difusor, dirige el fluido de la forma adecuada al siguiente impulsor. Transforma parte de la energía en energía potencial o presión. 4. El fluido entra al impulsor por medio de un orificio interno, cercano al eje y sale por el diámetro exterior del impulsor.

24 Nov Marcelo Madrid en cuenca oriental de venezuela parte i: Gracias por el comentario! Saludos 19 Nov Marcelo Madrid en consideraciones en los analisis pvt: Gracias por el comentario Mauricio, cualquier duda comentario o sugerencia estaré a la orden. Proximamente escribiré un post en estos días sobre calibración de Ecuaciones de Estado. Saludos 19 Nov vmauricio1 en consideraciones en los analisis pvt: Gracias por toda la ayuda, me ayudo bastante seguire trabajando

5. El difusor dirige el fluido hacia el siguiente impulsor. Fundamentos Hidráulicos Es importante conocer la presión de entrada de la bomba o PIP (pump intake

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pressure) que es igual a la sumergencia más la presión del revestidor. Existen

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dos valores a ser considerados para la entrada de la bomba:

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1. PIP requerida: esta resulta de ser la presión de entrada necesaria para alimentar apropiadamente a la bomba y prevenir o impedir la interferencia de gas o cavitación. 2. PIP disponible: está es una presión en función al sistema en el cual la bomba opera. Entonces la PIP disponible es la sumergencia característica de cada instalación individual. Cuando se maneja solamente líquido, la bomba trabaja con eficiencia elevada, el

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volumen de gas libre afecta su rendimiento y por ello cuando este sea el caso (>10% de volumen) se recomienda colocar un separador o ancla de gas cuando el pozo amerite. El separador de gas previene la cavitación y tiene como función retener el gas libre antes que ingrese a la bomba para pulsarlo a través del anular, evitando con esto que la bomba maneje altos porcentajes de gas. Su eficiencia en operación, para efectos del diseño se considera de 80%. Protector El protector sirve como eslabón vital en el ensamblaje. Cumple 3 funciones básicas: 1. Conectar el motor y la bomba 2. Lubricar el eje principal y de esta forma reducir el desgaste del mismo. 3. Compensar la expansión o contracción del motor por el efecto del calentamiento o enfriamiento. Motor Los motores usados en las operaciones de bombeo electrosumergible son del tipo Dipolares y Trifásicos de Inducción. Los motores están llenos de un aceite mineral altamente refinado que lubrica los cojinetes del motor. En una instalación BES, el calor generado por el motor es retirado lejos por los fluidos del pozo en movimiento hacia la superficie. En enfriamiento del motor se logra a través de: 1. Circulación interna del aceite del motor. 2. Flujo del caudal del pozo alrededor de la parte exterior del motor. www. por t aldelpet r oleo. com / 2012/ 07/ bom beo- elect r osum er gible- diseno. ht m l

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Los estudios de datos empíricos indican que los fluidos en el pozo deberían circular por el motor a una tasa mínima de 1 pie/seg, para disipar adecuadamente el calor transferido a través del motor. La eficiencia de un motor BES está en el orden de 80 y 90%. Cable de Potencia El cable de potencia es uno de los componentes más importantes y sensibles en sistemas de levantamiento por BES. Este cable es el encargado de llevar la potencia eléctrica desde la superficie hasta el motor de subsuelo y también puede transmitir señales de presión y temperatura de regreso a superficie. Sistema de Monitoreo Los sistemas de monitoreo de fondo pueden ser instalados en la parte inferior del motor. Opciones disponibles actualmente: - Presión de fondo - Temperatura del Motor - Presencia de agua Opciones disponibles incluyen: - Flujo de descarga - Presión de descarga - Vibración La longitud total del cable debe ser por los menos 100’ mayor que la profundidad de asentamiento para así realizar conexiones seguras a cierta distancia del cabezal del pozo. El sensor de presión y temperatura es un equipo que se coloca acoplado en la parte final del motor, construido internamente por circuitos que permiten enviar a través de cables de potencia señales a superficie y ser registrados mediante un instrumento instalado en el panel de superficie (data logger).

Componentes de Superficie Arrancador (Switch Board) El tablero central es un equipo que protege y controla el funcionamiento del equipo de fondo. Tiene dispositivos de protección contra bajas y altas de amperajes (fusibles, registradores de amperajes). Trabajan con una frecuencia fija de operación de 60 Hz. Se fabrican diferentes tipos de tableros en relación con la potencia del motor y el voltaje secundario requerido por este último. Variador de Frecuencia (VSD) Un variador cumple las mismas funciones de un arrancador, pero adicionalmente tiene la facilidad de manejar frecuencias variables. El controlador de velocidad variable usa componentes electrónicos para variar la frecuencia de entrada de 60 Hz y convertirla a una frecuencia que puede oscilar entre 30-90 Hz. Esto permite operar la bomba a diferentes velocidades y producciones manteniendo una eficiencia alta en el sistema. La manipulación de la frecuencia de entrada al motor permite modificar la velocidad del equipo de fondo y por ende el rendimiento

y

rango

operacional

del

sistema

de

levantamiento

BES.

Adicionalmente permite un arranque gradual (suave) en la operación de este tipo de sistemas de levantamiento. Caja de Venteo Permite conectar el cable suplidor de energía del equipo de superficie con el

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cable de potencia al motor. Permite ventear a la atmósfera el gas que fluye a la superficie a través del cable, evitando con esto, que llegue al panel de control, lo cual ocasionaría una explosión. Cable de Superficie Es el encargado de suministrar la potencia eléctrica de la fuente de energía primaria al equipo de fondo.

Diseño de Bombeo Electrosumergible 1. Se calcula la IPR (curva de oferta) con la información de la última prueba válida. 2. Se calcula el nivel dinámico del fluido (NF), no sin antes obtener la gravedad específica del petróleo y mezcla.

Donde: γm: gravedad específica de la mezcla [adm] γo: gravedad específica del petróleo [adm] γw: gravedad específica del agua [adm] °API: gravedad API [adm] Pwf: presión de fondo fluyente [lpca] h: espesor [pie] NF: nivel de fluido [pie] 3. Se estima una profundidad de asentamiento de la bomba (100’ por encima del colgador) que garantice la sumergencia. 4. Utilizando las correlaciones de Standing, se calcula Rs y Bo a las condiciones imperantes en la entrada de la bomba (PIP y Tf). Conociendo la Pwf, se calcula la PIP.

Donde: PIP: presión de entrada a la bomba (pump intake pressure) [lpc] Dp: profundidad media de los perforados [pie] Db: profundidad de la bomba [pie] Entonces con la PIP y el resto de los datos se calcula el Rs y Bo.

Donde: Rs: solubilidad del petróleo [PCN/BN] www. por t aldelpet r oleo. com / 2012/ 07/ bom beo- elect r osum er gible- diseno. ht m l

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γg: gravedad específica del gas [adm] T: temperatura [°F] Bo: factor volumétrico del petróleo [BY/BN] 5. Se calcula el factor volumétrico del gas (Bg)

Donde: Bg: factor volumétrico del gas [BY/MPCN] Z: factor de compresibilidad de gases [adm] P: presión de yacimiento [lpca] 6. Determinación del volumen de gas que manejará la bomba. 6.1. Volumen total de gas (Tg)

Donde: Tg: volumen total de gas [PCN/D] qo: tasa de producción de petróleo [BN/D] RGP: relación gas-petróleo [PCN/BN]

6.2. Volumen de gas en solución (Sg)

Donde: Sg: volumen de gas en solución [PCN/D] 6.3. Volumen de gas libre (Fg)

Donde: Fg: volumen de gas libre [PCN/D] 6.4. Volumen de petróleo (Vo)

Donde: Vo: volumen de petróleo [BY/D] 6.5. Volumen de agua (Vw)

Donde: Vw: volumen de agua [BY/D] ql: tasa total de líquido [BN/D] Bw: factor volumétrico del agua [BY/BN] 6.6. Volumen de gas (Vg)

Donde:

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Vg: volumen de gas [BY/D] 6.7. Volumen de gas libre (%GL)

Donde: %GL: porcentaje de gas libre [%] Vt: volumen total de fluido [BY/D] Cuando se excede el 10% de gas libre (condición operacional normal), se requerirá la utilización de un separador de gas. Una vez instalado el separador de gas, se sabe que el mismo se retirará (en teoría) el 80% de gas libre, por lo tanto se plantean nuevamente los cálculos para verificar los nuevos valores que manejará la bomba. 7. Cálculo de la carga dinámica total (TDH)

Donde: TDH: carga dinámica total [pie] Hd: altura dinámica [pie] Ft: pérdidas por fricción en la tubería [pie] Pd: pérdidas por fricción en la línea de flujo [pie] 7.1. Altura dinámica (Hd)

7.2. Pérdidas por fricción en las líneas de flujo (Pd)

7.3. Pérdidas por fricción en tubería (Ft)

Nota: el factor (F/1000’) se obtiene gráficamente o por correlación. Se debe conocer la ql (BN/D o GPM) y el diámetro de la tubería o revestidor (pulg.) Entonces Se utiliza la correlación conociendo la tasa de líquido (GPM) y el diámetro de la tubería en pulgadas.

Donde: C: 120 (tubería nueva) ó 94 (tubería vieja) ql: tasa de líquido [GPM] ID: diámetro interno de la tubería [pulg] 8. Selección de la Bomba considerando: Tasa deseada Profundidad de asentamiento de la bomba

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Diámetro de revestidor Viscosidad del fluido Se utilizan las siguientes tablas y gráficos: HC≈ 23,1 pie/etapa (capacidad de levantamiento) POE≈ 40,2% (eficiencia de bombeo) HML≈ 0,081 HP/etapa (carga de motor) 9. Determinación del número de etapas de la bomba.

10. Determinación de la potencia del motor

Donde: HP: caballos de potencia [HP] Entonces

es

posible

seleccionar

el

motor

adecuado

considerando

la

recomendación del fabricante. 11. Selección del Cable La tabla general de recomendaciones para diseño, proporciona el tipo de cable acorde a las condiciones dadas. No obstante, los fabricantes recomiendan verificar la caída de voltaje en el mismo no sobrepase los 30 voltios/1000 pies. Por ende:

Donde: ΔVolt= caída de voltaje [volt] Primero se obtiene la caída de voltaje a 68°F conocido el amperaje del motor y el número del cable a través del gráfico. Luego para calcular el factor de caída de voltaje, es importante tener la temperatura en el fondo del pozo, aunada al amperaje del motor, de tal forma que se pueda obtener la temperatura de operación del cable por medio de la gráfica. Finalmente se calcula la caída del voltaje

a la temperatura de operación y

considerando 200’ de cable en superficie. Pero antes se debe verificar que cumpla las condiciones teóricas

Donde: (ΔVolt/1000’): caída de voltaje cada 1000’ [volt/1000’] 12. Calculo de los KVA necesarios para la selección del transformador

Donde: KVA: kilovatios (kVA) Amp: amperios (A) Vs: Voltaje en el motor + ΔVolt [volt] Para efectos de diseño, la capacidad de carga de los transformadores se calcula

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con capacidad de carga de potencia aparente (KVA), debido a la amplia flexibilidad de los transformadores y los diferentes voltajes y condiciones en que funciona, además de la inexactitud del factor de potencia que se aplica (potencial real en kilovatio). Las cartas de amperaje es la técnica más utilizada para evaluar este tipo de instalaciones, con las cartas o discos del amperímetro se reflejan todos los cambios ocurridos durante la operación de bombeo, la interpretación apropiada de estas cartas puede generar la solución del problema presente en la instalación, como por ejemplo el bombeo normal, entrampamiento del gas, ciclaje excesivo y sobrecarga de amperaje. Bajo condiciones normales de operación, el registro de amperaje deberá delinear suavemente una carta circular o simétrica con un valor de amperaje cercano al amperaje del motor, lo cual demuestra la condición ideal de operación que deberá tener un equipo de bombeo electrosumergible. Para descargar las tablas y gráficas para el diseño pueden hacer clic aquí

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