Bombeo Hidráulico Tipo Jet

 

BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET   TEORÍA GENERAL   Es un tipo especial de bombas de subsuelo hidráulica, no emplea partes móviles, su principio de funcionamiento se basa en la transferencia de energía entre el fluido de inyección y fluido  producido, cuando el fluido inyectado atraviesa la boquilla (nozzle) en el fondo del pozo, se  produce la transformación de energía potencial en energía cinética (principio de Venturi) lo que finalmente causa la producción del fluido del pozo. La ausencia de partes móviles estrechamente ajustadas permite a la bomba jet tolerar fluidos de prod produc ucci ción ón y motr motriz iz ab abra rasiv sivos os y co corro rrosiv sivos os qu quee pa para ra el caso caso de ot otro ross sistem sistemas as el levantamiento artificial son limitaciones importantes.

TEORÍA DEL FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA JET Los caudales de producción y fluido motriz en las bombas jet se controlan mediante una configuración de boquilla y garganta “Venturi “. Diferentes configuraciones geométricas (áreas internas de boquilla y garganta) permiten manejar diferentes caudales de inyección y  producción.

  El fluido motriz se bombea a un caudal determinado (Q1) hasta la bomba jet en el subsuelo, donde llega la boquilla con una presión total que se designa como (P1). Este fluido a presión alta se dirige, entonces, a través de la boquilla, lo que hace que la corriente de fluido tenga alta velocidad y baja presión. La presión baja (P3) llamada presión de succión permite que los fluidos del pozo entren en la  bomba y se descargan por el casing el caudal de producción producción deseado (Q3). Entonces el fluido motriz arrastra al fluido del pozo por efectos de la alta velocidad, estos dos fluidos llegan hasta la sección de área constante en donde se mezclan, en este punto se mantiene la velocidad y la presión constante.

 

Cuando los fluidos mezclados llegan al final de esta sección constante, al iniciar el cambio de áreas en el difusor tenemos que la velocidad va disminuyendo a medida que aumenta el área y la presión se incrementa. Esta alta presión de descarga (P2) debe ser suficiente para levantar la mezcla de fluido de inyección (Q1) y producción (Q2) hasta la superficie. Las partes importantes de la bomba jet es la boquilla y la garganta y sus correspondientes áreas internas de trabajo correspondientes (AN), (AT). El área interna de cada una de ellas determina el rendimiento de la bomba. El valor de la relación de estas áreas AN/AT deberá estar comprendido entre el 25 @ 30% de esta relación adimensional. El volumen de fluido motriz utilizando será proporcional al tamaño de la boquilla. El área en la bomba debe dar paso al caudal de producción en el espacio anular entre la  boquilla y la garganta. Las características de la bomba en cuanto a la cavitación responden sensiblemente a esta área.

NOMENCLATURA DE BOMBA JET. La nomenclatura utilizada para la identificación del tamaño y capacidad de cada una de las  bombas está en base al siguiente criterio:  La boquilla se lo denominara con un Número (# 10) La garganta se la denominara con una letra (J)

 

BOMBA JET CLAW ® REVERSA: La bomba Jet Claw® Reversa se utiliza frecuentemente para la obtención de los datos del yacimiento en forma instantánea, por cuanto es necesario solamente desplazar los fluidos que se encuentran en el tubing, para que inmediatamente se obtenga el fluido de formación. Esta  bomba se aloja en una camisa deslizable, es desplazada y recuperada hidráulicamente a través del tubing.

 

En este tipo de levantamiento artificial, el fluido motriz es inyectado por el espacio anular, y la producción más la inyección retornan por el tubing. En la evaluación de pozos es muy utilizada cuando se aplica el sistema TCP o DST. Se puede manipular las presiones desde la superficie generando diferenciales de las mismas, las cuales son requeridas para realizar pruebas de PVT. Su mayor aplicación se da en pozos con amplia producción de arena, donde los sólidos son evacuados a través del tubing evitando así, que se produzcan la acumulación de sólidos sobre la empacadura. Igualmente, en los tratamientos de limpieza con ácidos, se evita que estos tengan contacto con el casing. Las operaciones con este sistema no requieren presiones mayores a 2500 PSI. Su recuperación se puede hacer con la misma presión hidráulica o con una unidad de slick  line. Tiene la versatilidad de poder instalar en su interior los memory gauges, para realizar buildup o para ensamblar en la misma los muestreadores para el análisis PVT, minimizando el tiempo y costo de las operaciones.

 

ECUACIONES BASICAS DE BOMBEO HIDRAULICO  

Selección de la boquilla: Área de cavitación mínima

Donde: Acm = Area de cavitación mínima, pulg 2 qs = Caudal de succión (caudal deseado), bls/d gs = Gradiente de fluido de fricción, psi/pie Pps = Presión de succión de la bomba, psi Wc = Corte de agua, fracción R = RAP producido, pies 3/bl  

Determinación de Presión de la boquilla

Donde: Pn = Presión en la boquilla, psi Pso = Presión de operación (triples, etc), psi D = Profundidad de bomba, pies gn = Gradiente de fluido en la succión, psi/pie  

Determinación del Caudal en la boquilla

Donde: qn = Caudal en la boquilla (del fluido motriz),bls/d Pn = Presión en la boquilla, psi Pps = Presión de succión de la bomba, psi 2

An = Area de la boquilla, pulg gn = Gradiente de fluido en la succión, psi/pie

 

Determinación de las pérdidas de presión por fricción Calcular:

Velocidad

Donde: q = caudal, bls/d d = diámetro de la tubería, pulg

Número de Reynolds

. Donde: v= velocidad, pies/seg d = diámetro de la tubería, pulg µ = viscosidad, cp Si NRe > 1200, el flujo es turbulento Si NRe < 1200, el flujo es laminar   

Pérdidas de presión por fricción en Flujo Laminar  

. Donde: L= Longitud de la tubería, pies d = diámetro de la tubería, pulg

 

µ = viscosidad, cp q = caudal, bls/d  

Pérdidas de presión por fricción en Flujo Turbulento

Donde: L= Longitud de la tubería, pies d = diámetro de la tubería, pulg. µ = viscosidad, cp q = caudal, bls/d. f = factor de fricción  

Caudal de Retorno

Razón Gas-Líquido de retorno

Donde: Wc= Corte de agua del fluido de retorno Si el fluido motriz es agua:  

 

Si el fluido motriz es petróleo:  

Presión de Descarga Si FgL < 10

Donde: Pfd= Presión por fricción, psi Pwh = Presión de cabeza de pozo, psi gd = Gradiente del fluido de retorno, psi/pie

 

Cálculo de la Razón de Masa

 

Calcular la razón de Área de la Curva de Rendimiento

 

 

Donde: FmfD (curva) = De la curva de rendimiento FmfD (ecuación) = De la ecuación Si los valores de razón de masa no convergen dentro de un 5% se repiten los cálculos  para calcular el fluido de descarga con la nueva tasa calculada  

Cálculo del Área de la Garganta  

Cálculo del Límite del Flujo de Cavitación

 

Cálculo de Potencia Hidráulica a 90% de eficiencia

 

Cálculo de Eficiencia de la bomba