Tema-5-BEC[1]

TEMA V Bombeo Electrocentrífugo Sumergido (BEC, BES o ESP)

MAYO 2011

Bombeo Electrocentrífugo Sumergido • ¿Que es el bombeo electrocentrífugo sumergido? • REDA (Russian Electrical Dynamo Arutunoff) fue establecido en 1930 por Armais Arutunoff, el inventor del motor sumergible.

• Para el año 2000 se encontraban operando más de 14,000 sistemas BEC de REDA en 115 paises. 2 Initials 5/19/2011

BEC en México 2011 •

Con la participación de 28 empresas nacionales e internacionales de países como Arabia Saudita, Rusia y Estados Unidos, Pemex presentó el proyecto de Bombeo Electrocentrífugo (BEC), próximo a licitarse, el cual busca garantizar la producción de los yacimientos Ek, Balam, Takin, Maloob Zaap y Ayatsil, localizados en la sonda de Campeche, en el Golfo de México.

•

El proyecto tendrá un plazo de ejecución de cinco años para la instalación de este sistema en más de 100 pozos, con una inversión de mil millones de dólares, y se realizará a través de una licitación pública internacional. 3 Initials 5/19/2011

BEC en México 2011 •

El objetivo es garantizar el diseño, instalación, operación asistida y mantenimiento del sistema BEC para el aseguramiento del flujo de los crudos pesados de dichos yacimientos.

•

El BEC se utiliza desde hace más de 15 años en yacimientos de

petróleos de 27 grados API y más de cinco años en pozos productores de petróleo pesado de 13 grados API .

4 Initials 5/19/2011

Clasificación de los métodos de levantamiento artificial

METODOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL

BOMBA SUBSUPERFICIAL

CON SARTA DE VARILLAS

SIN BOMBA SUBSUPERFICIAL

SIN SARTA DE VARILLAS

BNC, BNI

BOMBEO MECANICO

BEC

PCP

PCP-BEC

BH TIPO PISTÓN

BH TIPO JET

5 Initials 5/19/2011

“ PLUNGER LIFT “

Bombeo Electrocentrífugo

Esta compuesto de dos partes: – Equipo subsuperficial o de fondo – Equipo superficial

T.P. Cable Redondo Protector de cable

Empalme Cable de Potencia Bomba

Separador Cable Plano

Motor

6 Initials 5/19/2011

Centralizador

Equipo Subsuperficial Cable de poder

TR 30" 170 m VALVULA DE SEGURIDAD VALVULA DE VENTEO TR 20" 549 m

EMPACADOR

Descarga

VALVULA DE PIE

Bomba TP 4 1/2" 12.6 #/ft M-VAM

TR 13 3/8" 1529 m 1816.23 m TP 3 1/2" 10.3 #/ft M-VAM

Entrada (Intake) Separador de gas Protector Mufa

BL 7 5/8" 2583 m

Motor

TR 9 5/8" 53.5 #/ft 3050 m

INICIA DESVIACION DEL POZO A 3250 m

BL 5" 4045 m

Sensor Guía Equipo B.E.C.

TR 5" 18 #/ft TR 7 5/8" 39 #/ft 4328 m 4875 m 4905 m

7 Initials 5/19/2011

PI: 4925.0 m PT: 5026.0 m

4890 m

Equipo Subsuperficial  Bomba

centrifuga de etapas múltiples.  Intake y/o separador de gas.  Protectores.  Motor eléctrico, que se encuentra en la parte inferior y provee la potencia necesaria para mover la bomba.  Cable de potencia. Los ejes de todos los equipos están interconectados entre si. El BEC es suspendido de la tubería de producción

8 Initials 5/19/2011

Condiciones de operación del BEC •

Bombas electrosumergibles para pozos con TR’s de 4.5” y gastos de 100 bpd hasta TR’s de 13 3/8” y gastos de 100,000 bpd.

•

Pueden ser instalados en diversos ambientes de trabajo:

1. Temperaturas de 10°C (50°F) hasta 288 °C (550°F) . 2. Fluidos con cantidades considerables de solidos (sistemas resistentes a la abrasión). 3. Ambientes muy severos (metalurgía especial). 9 Initials 5/19/2011

Condiciones de operación del BEC •

Las potencias de los motores BEC cubren un rango entre 7.5 HP y 1170 HP @ 60 Hz con motores de 3.75” OD hasta 7.38” OD

10 Initials 5/19/2011

Condiciones de operación del BEC •

Los equipos sumergibles REDA estan disponibles en tres rangos de temperatura hasta 550°F. La línea HOTLINE se usa para las aplicaciones geotérmicas o para las aplicaciones de muy bajo caudal.

11 Initials 5/19/2011

Instalación Estándar del BEC •

La succión de la bomba se deja por encima de las perforaciones, de tal forma que el fluido producido pasa mojando la superficie externa del motor removiendo el calor generado. 12 Initials 5/19/2011

Instalación con camisa de fluido para el sistema BEC •

Cuelga desde hacia bajo.

•

Su finalidad es de forzar al fluido a pasar mojando la superficie exterior del motor para remover el calor generado.

•

Gastos bajos

•

TRs muy grandes

•

el

Intake

Cuando esta la unidad a la 13 Initials prof. de los disparos o por 5/19/2011 debajo.

Guía o Centralizador

14 Initials 5/19/2011

Sensor de Fondo DMST

15 Initials 5/19/2011

Motores del BEC Los principios básicos de diseño y operación de los motores de los equipos BEC son los mismos que los motores eléctricos normales de superficie. 1. 2. 3. 4.

Son de inducción Trifásico Tipo jaula de ardilla Con dos polos de inducción

16 Initials 5/19/2011

Motores del BEC • El motor de inducción tiene un rotor que es un electroimán que girara para tratar de alcanzar el campo del estator. Si hay un eje conectado al rotor se obtendrá un trabajo útil. • Tiene barras de conducción en todo su largo, incrustadas en ranuras a distancias uniformes alrededor de la perifería. • El motor es llamado de jaula de ardilla a causa de su parecido del rotor con ésta.

17 Initials 5/19/2011

Características-motores del BEC • Debe contar con una geometria adecuada, por estar instalada dentro de la TR. • Existen diferencias en el diseño y construcción por el ambiente en que operan. • Son llenados completamente con un aceite mineral altamente refinado o con aceite sintético para lubricar su interior entre otras funciones (transferir el 18 Initials calor). 5/19/2011

Llenado de aceite del motor

Características-motores del BEC • Puede utilizar corriente alterna de 60 Hz o 50 Hz. • Su comportamiento esta en función a la carga que esta sometido. • Cada tipo de motor tiene sus curvas de rendimiento: velocidad, eficiencia, factor de potencia y amperaje en función del porcentaje de la carga. 19 Initials 5/19/2011

Altura Dinámica Total (TDH)

20 Initials 5/19/2011

Motores de bombeo electrocentrifugo sumergido. • Los motores BEC tienen un diámetro pequeño para poderse instalar en el pozo. • Esta restricción limita precisamente las opciones del diseño del motor y para obtener altos HP es necesario aumentar la longitud del motor. 21 Initials 5/19/2011

Motor Conexión de la mufa

Cojinete Empuje Axial Válvula de Llenado Cojinete

Rotor Laminaciones del Estator Cojinete del Rotor

Laminaciones de Bronce

Devanado del Motor

Eje Hueco

Cojinete

Aceite Válvula de Llenado 22 Initials 5/19/2011

Rosca 2 3/8" EUE Tipo Caja

Guías para Conectar en serie con otro motor

Combinaciones Tandem • Los motores se proporcionan como: – Sección unica (Con la cabeza y la base) – Tandem • Tandem superior (Con cabeza, sin base) • Tandem centro (Sin cabeza, sin base) • Tandem bajo (Sin cabeza, con base)

• Las combinaciones Tandem se usan para alcanzar HP más altos. • Cuando se usan motores Tandem, se añaden HP y voltaje, pero la corriente sigue siendo la misma. 23 Initials 5/19/2011

Combinaciones Tandem Cabeza

Base 24 Initials 5/19/2011

Simple

Superior

Centro Fondo

Serie de los Motores Serie 375

456

540

25 Initials 5/19/2011

Tipo Diámetro 3.75"

4.56"

5.40”

562

5.62”

738

7.38”

Rango(HP) Sección Simple

Rango (HP)

Máx (HP) TANDEM 127

Máx, Secc. TANDEM

SK

7.5 - 25.5

TANDEM 30 - 127

SX

7.5 - 25.5

30 - 127

127

5

SK

12.5 - 150

175 - 300

300

2

SX

12.5 - 150

175 - 300

300

2

MK

10 - 120

140 - 240

240

2

MX

10 - 120

140 - 240

240

2

PK

10 - 120

140 - 240

240

2

PX

10 - 120

140 - 240

240

2

SK

25 - 250

300 - 750

750

3

SX

25 - 250

300 - 750

750

3

MK

20 - 200

240 - 600

600

3

MX

20 - 225

240 - 600

600

3

PK

20 - 200

240 - 600

600

3

PX

20 - 225

240 - 600

600

3

Dominator

30 - 450

300 - 1170

1170

3

200 - 340

400 - 999

999

3

SX

5

Mufa (Pothead)

Conexión de la mufa

26 Initials 5/19/2011

Sección de entrada o intake •

La cantidad de gas libre a la entrada de la bomba determina el uso de:

1. Una sección de entrada simple (intake) o 2. Separador de gas

27 Initials 5/19/2011

INTAKE

28 Initials 5/19/2011

SEPARADORES DE GAS

Separador de gas • Son también secciones entrada (intake).

de

• Cuentan con algunos componentes adicionales diseñados para evitar el paso de gas libre hacia la bomba. • Reda fabrica 3 tipos de separadores: Estático, Dinámico y VORTEX 29 Initials 5/19/2011

Separador Estático o Separador de Flujo Inverso • La separación del gas se lleva a cabo por medio de la inversión de la dirección del flujo en la sección de entrada del BEC. • Se disminuye la cantidad de gas arrastrada por el liquido. • Parte del gas se va por el espacio anular y el resto pasa a la bomba.

30 Initials 5/19/2011

Separador Dinámico o Rotativo • Cuenta con cuatro secciones: Succión, Cámara de incremento de presión, Cámara de separación y By-pass. • La separación se realiza por centrifugación, “Tecnología antigua”. • Tiene la desventaja de que las cámaras de presión y de separación tienen una longitud considerable. • Se han desarrollado mejoras a este tipo de separadores. 31 Initials 5/19/2011

Separador VORTEX • Es un separador dinámico. • Utiliza el efecto de remolino (vortex) que se genera en el fluido al pasar por los puertos de entrada, inductor, propulsor y bypass de descarga.

• Mejor rendimiento y durabilidad en fluidos severamente abrasivos. • Presenta mejor eficiencia de separación.

32 Initials 5/19/2011

Separador VORTEX

Paso por los puertos de entrada, inductor, propulsor y by-pass de descarga 33 Initials 5/19/2011

Separación en base a la diferencia de densidades

Eficiencia de Separación

34 Initials 5/19/2011

Manejador avanzado de gas (AGH) de REDA  Permite instalar equipos BEC en pozos con alta RGA.  Se mejora la eficiencia total del sistema.  Es una bomba centrifuga de etapas múltiples altamente modificada.  Reduce el tamaño de las burbujas de gas, cambiando su relación con el liquido.

 Para pozos con 20 o 30% de gas libre o más. 35 Initials 5/19/2011

Manejador avanzado de gas (AGH) de REDA

36 Initials 5/19/2011

TAREA 22 - Resumen artículo Use of Electrical Submersible Pumping Systems in Offshore and Subsea Environments. OTC 21816 Ben D. Gould, Baker Hughes Incorporated 2011

EQUIPO No. 4 – 17 Mayo 2011

TAREA 23 - Resumen artículo Combined Artificial Lift System – An Innovative approach L. Saputelli, SPE, Maraven S.A. SPE 39041 1997

37 Initials 5/19/2011

EQUIPO No. 5 – 17 Mayo 2011

Protector • Esta ubicado entre el motor y el intake. • Es una pieza vital en el sistema BEC, si no es seleccionado apropiadamente puede reducir la vida útil del equipo. • Evita el ingreso del fluido del pozo al motor.

38 Initials 5/19/2011

Funciones Principales del Protector • Proveer un sello y equilibrar las presiones internas y externas para evitar que el aceite del motor sea contaminado por el fluido del pozo, actuando también como un recipiente del aceite para el motor. • Soportar la carga axial (empuje) desarrollada por la bomba. • Transmitir el Torque desarrollado en el motor hacia la bomba, a través del eje del protector 39 Initials 5/19/2011

Cable de Potencia

40 Initials 5/19/2011

Cable de Potencia •

La función del cable de potencia es:

– Transmitir la energía eléctrica desde la superficie al motor.

– Transmitir señales del fondo del pozo a la superficie (usualmente presión y temperatura). •

El cable de potencia consiste de tres fases de

conductores

aislados individualmente. Los conductores se cubren con un material protector y finalmente se protejen del daño químico, abrasivo y mecánico con una cubierta y un blindaje. 41 Initials 5/19/2011

Cable de Potencia Blindaje

Aislamiento

Cubierta Conductores

42 Initials 5/19/2011

Cable de Potencia 1 Blindaje 2 Barrera de la cinta de alta temperatura 3 Cubierta 4 Aislammiento 5 Conductor

1 Blindaje. 2 Cubierta 3 Barrera de la cinta de alta temperatura. 4 Aislamiento 43 Initials 5/19/2011

5 Conductor

Cable de Potencia •

Las caracteristicas más importantes del cable de potencia son:

1) Capacidad de aislamiento. 2) Dimensiones externas.

3) Pérdidas de voltaje. 4) Tolerancia a la temperatura. 5) Costo (Generalmente el cable es lo más caro en todo el sistema). •

La correcta selección del cable es un problema muy interesante para la optimización.

•

44 Initials 5/19/2011

No se debe de subestimar la importancia de la selección del cable.

Cable de Potencia • Dimensiones externas: – Sí el cable seleccionado no cabe en el pozo, no es el adecuado, se tienen dos opciones: • Reducir el tamaño del conductor. Esto aumentará la pérdida de voltaje en el cable.

TR 30" 170 m

TR 20" 549 m

VALVULA DE SEGURIDAD VALVULA DE VENTEO EMPACADOR VALVULA DE PIE

TP 4 1/2" 12.6 #/ft M-VAM

• Cambiar la geometría de redondo a plano o a uno paralelo.

TR 13 3/8" 1529 m

1816.23 m TP 3 1/2" 10.3 #/ft M-VAM

BL 7 5/8" 2583 m TR 9 5/8" 53.5 #/ft 3050 m INICIA DESVIACION DEL POZO A 3250 m

BL 5" 4045 m TR 5" 18 #/ft TR 7 5/8" 39 #/ft 4875 m 4328 m 4905 m PI: 4925.0 m PT: 5026.0 m

4890 m

Cable de Potencia – Siempre que sea posible se debe intentar desplegar el cable redondo directamente a la mufa.

46 Initials 5/19/2011

Pérdidas de voltaje •

La pérdidas de voltaje en el cable son función del tamaño del conductor, del flujo de corriente, la longitud del cable y de la temperatura.

Caída de voltaje (volts)

Longitud del cable (ft)

Lc 68F V  Ct V1000ft 1000 Factor de corrección por temperatura

47 Initials 5/19/2011

Caída de voltaje para 1000 ft a 68 oF

Caída de voltaje a 68 oF (volts/1000 ft)

Cable de potencia – pérdidas de voltaje

V

68 o F 1000 ft

m

60 50

Menor Calibre

#6

40

#4

30

#2 20

#1

Mayor Calibre

10 0

0 48 Initials 5/19/2011

20

40

60

80

Corriente (amperes)

100

120

49 Initials 5/19/2011

Cable de Potencia – El cable de mayor calibre es mejor porque en éste se tendrán menores perdidas de voltaje lo que se traduce en mayor eficiencia del sistema.

– Cables de mayor calibre contribuyen a la mayor eficencia del sistema pero por otro lado, se debe considerar tambien que los cables de mayor calibre son mas costosos.

Por lo tanto se busca un punto de equilibrio entre costo inicial y costo de operación.

50 Initials 5/19/2011

Cable de Potencia Componente Aislamiento

Polypropylene copolymer

2) E 3) K 4) T

Aislamiento EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene) Kapton Cinta Semi-conductiva (REDASURFACE)

1) S

PVDF (Polyvinylidiene fluoride)

2) TB 3) F 4) TB 5) L

Cinta Tedlar Teflon  FEP extrusion Cinta de alta tempratura Plomo

Cubierta

1) PE 2) O 3) E

HDPE (High density polyethylene) Aislamiento compuesto Oil-resistant nitrile Aislamiento compuesto EPDM

Blindaje

1) G 2) HG 3) DG 4) SS 5) M

Acero galvanizado Acero galvanizado grueso Doble galvanizado Acero inoxidable Monel Standard interlocking profile Perfil plano

1 Blindaje. 2 Cubierta

4 Aislamiento

5 Conductor

FP 51 Initials 5/19/2011

Descripción del material

1) PPE, P

Barrera

3 Barrera de la cinta de alta temperatura.

Abreviación

Bomba Sumergible

52 Initials 5/19/2011

Bomba Sumergible • Son bombas centrífugas de etapas múltiples.  La geometría (tamaño y diseño) de la etapa determina el volumen de fluido que la bomba puede manejar.  El número de etapas determina el Altura Dinamica Total (TDH).

53 Initials 5/19/2011

Altura Dinámica Total (TDH)

54 Initials 5/19/2011

Etapa de una bomba UPTHRUST WASHER

CUBO

FALDON SUPERIOR VANO

Impulsor rotatorio

Camisa del Impulsor

UPTHRUST WASHER

Anillo de la DOWNTHRUST WASHER

Difusor estacionario

I.D. de la Camisa del Difusor

55 Initials 5/19/2011

Bomba Centrífuga Arandela de empuje hacia arriba Up Thrust Washers Impulsor Rotatorio Down Thrust Washers

Difusor Estacion ario

56 Initials 5/19/2011

Bomba Centrífuga Tipos de diseño del impulsor. La

variable

más

importante

que

afecta

el

funcionamiento de las bombas es el tamaño del impulsor. El

diseño

de

la

geometría

del

determina el tipo de fluido a manejar. 57 Initials 5/19/2011

impulsor,

Bomba Centrífuga Bombas más grandes proporcionan:

• Mayor eficiencia. • Menor costo

• Mejores para gas y fluidos viscosos. • Maneja HP más grandes.

• Un empuje más grande. 58 Initials 5/19/2011

Bomba Centrífuga Tipos de diseño del impulsor. • De una forma muy general el diseño del impulsor

se puede clasificar como: • Radial (Bajo q, Alto H) • Mixto (Alto q, Bajo H)

59 Initials 5/19/2011

Bomba Centrífuga

Tipos de diseño del impulsor. Impulsor radial.

Impulsor mixto. 60 Initials 5/19/2011

Mejores para gas y fluidos viscosos.

Bomba Centrífuga Tipos de diseño del impulsor. Bomba radial.

Bomba para flujo mixto. 61 Initials 5/19/2011

Mejores para gas fluidos viscosos.

y

Bomba Centrífuga Selección de la bomba La selección de la bomba para su aplicación depende de varios factores: • Tamaño de la TR : Determina el tamaño máximo de la bomba. • Frecuencia de la corriente eléctrica disponible: Determina la velocidad de rotación del motor.

• Gasto deseado: Determina la selección de la bomba para un gasto optimo en un rango de eficiencia más alta. • Condiciones especiales: Pozos gasificados, fluidos viscosos, corrosivos, abrasivos – pueden requerir equipo especial.

62 Initials 5/19/2011

Bomba Centrífuga Selección de la bomba • Para ciertas condiciones, varias bombas pueden hacer el trabajo. • ¿Como se selecciona una bomba en especifico? • Se pueden clasificar todos los tamaños y comparar resultados y costos.

• Algunas directrices ayudan a reducir la cantidad de trabajo en la selección. • Primero se seleccionan las posibles candidatas del

catalogo.

63 Initials 5/19/2011

Bomba Centrífuga Nomenclatura de bombas - REDA. Las bombas REDA siguen la nomenclatura siguiente: • El primer símbolo (una letra) designa la serie a la que pertenece la bomba. • Los números siguientes a la(s) letra(s) designan el gasto de flujo en BPD a 60 Hz, formando el modelo de la bomba. • Los impulsores pueden ser de plástico de Viton N o impulsores de aleación resistente Ni. • Ejemplo: DN675 64 Initials 5/19/2011

Bomba Centrífuga Nomenclatura de bombas - REDA. Serie

Diámetro Serie exterior (pg)

TR mínima (pg)

A

338

D

Rango de operación BPD Min.

Máx.

4½

200

2000

400

5½

100

5200

G

540

6 5/8

1000

12000

S

538

7

1600

11000

H

562

7

9200

24000

J

675

8 5/8

6500

25000

M

862

10 ¾

12000

32500

N

950

11 ¾

24000

59000

P

1125

13 5/8

53400

95800

65 Initials 5/19/2011

Bombas REDA

66 Initials 5/19/2011

Bombas REDA

67 Initials 5/19/2011

EJEMPLO:

Bomba Centrífuga

Selección de la bomba – 3500 rpm Seleccionar las bombas posibles para ser usadas con un gasto de 2200 BPD en un pozo con una TR de 6 5/8 (pg). La energía eléctrica está disponible sólo a 60 hz (3500rpm) Series de la bomba

Mínimo tamaño de TR

Q (BPD)

Mínimo rango de operación BPD

Máximo rango de operación BPD

338

4 1/2 – 9.5 lb/ft

800

550

950

1000

700

1300

1250

950

1700

320

180

460

400

180

530

470

350

575

650

450

850

925

700

1150

1150

800

1500

1200

950

1550

400

68 Initials 5/19/2011

5 ½ - 17 lb/ft

Selección de la bomba – 3500 rpm Series de la bomba

Mínimo tamaño de TR

Q (BPD)

Mínimo rango de operación BPD

Máximo rango de operación BPD

400

5 ½ - 17 lb/ft

1600

1200

2100

2200

1500

2800

2700

1800

3500

4300

3000

5200

5600

3600

6800

1200

800

1600

1700

1300

2200

2200

1500

3000

3000

2200

3600

3500

2200

4700

513

69 Initials 5/19/2011

6 5/8 – 26 Ib/ft

Selección de la bomba – 3500 rpm Series de la bomba

Mínimo tamaño de TR

Q (BPD)

Mínimo rango de operación BPD

Máximo rango de operación BPD

513

6 5/8 -26 lb/ft

4100

2500

5600

6100

3650

8100

8200

4400

10300

12000

9500

14500

15000

11250

18750

562

70 Initials 5/19/2011

7 – 23 lb/ft

Selección de la bomba – 3500 rpm Series de la bomba

Mínimo tamaño de TR

Q (BPD)

Mínimo rango de operación BPD

Máximo rango de operación BPD

400

5 ½ - 17 lb/ft

1600

1200

2100

2200

1500

2800

2700

1800

3500

1700

1300

2200

2200

1500

3000

513

6 5/8 – 26 Ib/ft

•Se puede elegir las bombas series 513 en vez de las bombas series 400, ya que tienen un mayor rango de operación (bombas mas grandes). •La opción está entre las bombas series 513 con un Q de 1700 y 2200 BPD. •La mejor opción es elegir la bomba de un Q de 2200 BPD, ya que el gasto deseado esta casi a la mitad del rango de operación. 71 Initials 5/19/2011

Grafica de operación de la bomba

72 Initials 5/19/2011

Descarga de la bomba

73 Initials 5/19/2011

Instalación de equipo subsuperficial

74 Initials 5/19/2011

TAREA 24 - Resumen artículo Effects of Speed Variation on the Performance and Longevity of Electric Submersible Pumps. Maston L. Powers, SPE, Conoco Inc. SPE 14349 1987

EQUIPO No. 6 – 24 Mayo 2011

TAREA 25 - Resumen artículo ESP Runtime Optimization – Low volume High GOR Producers Raed Al-Aslawi. SPE 138464 2010

75 Initials 5/19/2011

EQUIPO No. 1 – 24 Mayo 2011

FECHAS IMPORTANTE • Presentación de Proyectos (equipos 1 a 6): 6 Junio • Presentación de Proyectos (equipos 7 a 12): 8 Junio •Tercer examen parcial: 9 Junio •Examen Final: 16 Junio

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Equipo Superficial Variador de Frecuencia (VSD)

Medio Arbol de Válvulas Bonete Cabezal Bola Colgadora

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Transformador Elevador

Caja de Venteo Penetrador

Transformador Desfasador

Switchboard vs Variador de Frecuencia (VSD) • El BEC puede operar a frecuencia fija (50 o 60 HZ).

• También puede operar a frecuencia variable. • El VSD permite cambiar la frecuencia fija de la onda de corriente alterna suministrada a otras frecuencias (30 a 90 Hz). • Mejoran las condiciones de arranque del motor con el VSD. 78 Initials 5/19/2011

Variador de Frecuencia (VSD)

Variador de Frecuencia (VSD)

A mayor frecuencia: • Mayor velocidad de operación de la bomba. • Se incrementa el gasto y el levantamiento de la bomba.

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• Se requiere mayor potencia para operar el BEC.

Variador de Frecuencia (VSD) Con el empleo del VSD se tiene gran flexibilidad en la aplicación del BEC.

Con el uso del VSD es posible utilizar un tamaño de motor y bomba para manejar un amplio rango de condiciones de operación. 80 Initials 5/19/2011

COMPORTAMIENTO DE LA BOMBA A DIFERENTES FRECUENCIAS

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Caja de Venteo y Transformadores •

Está ubicada entre el cabezal del pozo y el transformador, conecta el cable de energía del equipo de superficie con el cable de potencia del motor.

•

Permite ventear a la atmósfera el gas que fluye a través del cable, impidiendo que llegue al tablero de control.

•

Los transformadores cambian el voltaje primario de la línea eléctrica por el voltaje requerido por el motor.

TR 30" 170 m

TR 20" 549 m

VALVULA DE SEGURIDAD VALVULA DE VENTEO EMPACADOR VALVULA DE PIE

TP 4 1/2" 12.6 #/ft M-VAM

Medio Arbol de Válvulas Bonete Cabezal Bola Colgadora 82 Initials 5/19/2011

TR 13 3/8" 1529 m

Transformador Elevador

Caja de Venteo Penetrador

1816.23 m TP 3 1/2" 10.3 #/ft M-VAM

BL 7 5/8" 2583 m TR 9 5/8" 53.5 #/ft 3050 m INICIA DESVIACION DEL POZO A 3250 m

BL 5" 4045 m TR 5" 18 #/ft TR 7 5/8" 394875 m 4890 m 4905 m #/ft PI:m4925.0 m 4328 PT: 5026.0 m

Diagnóstico del BEC • Diagnóstico de problemas en el equipo subsuperficial. • CARTAS DE AMPERAJE. Registro de la corriente del motor. • Diagnóstico y toma de acciones correctivas sin sacar el equipo. • En tiempo real. • Se emplean registradores de amperaje (amperímetro análogo) en el switchboard o en el VSD. 83 Initials 5/19/2011

OPERACIÓN NORMAL

Ejemplo de diagnóstico del BEC  Causado por partículas sólidas que ingresan en la bomba tales como arena, lodo, etc.  Se afecta el comportamiento de la bomba.  Se desgasta la bomba.  El pozo debe ser limpiado.

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BOMBA MANEJANDO SÓLIDOS

Ejemplo de diagnóstico del BEC  Arranque normal.

 Se observan picos que terminan en un paro por sobrecarga.  No se debe rearrancar hasta definir las causas de la sobrecarga.  Estos rearranques pueden destruir piezas vitales del equipo. 85 Initials 5/19/2011

EXCESIVOS INTENTOS DE ARRANQUE MANUAL

Ejemplo de diagnóstico del BEC  Muestra corrientes muy erráticas.  Existe sobrecarga.  No hay rearranques.  Puede ser causado por variaciones considerables en la densidad, viscosidad, presión de superficie o producción de partículas sólidas.

 Motores quemados, cables cortocircuitados, bombas trabadas, fusibles quemados, etc. 86 Initials 5/19/2011

PROBLEMAS DE SUMINISTRO DE ENERGÍA

Ejemplo de diagnóstico del BEC

 Comportamiento del BEC antes de la instalación del manejador avanzado de gas  Comportamiento del BEC después de la instalación del 87 Initials manejador avanzado de gas. 5/19/2011

Ejemplo de solución de problemas en el equipo BEC

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Ejemplo de solución de problemas en el equipo BEC

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Desgaste en las etapas de la bomba

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Inspección del separador Buje superior con desgaste extremo.

Revisión de la erosión en el inductor. Buje inferior trizado

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Inspección del motor Medición de la resistencia fase-fase

Medición de la resistencia fase tierra

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Inspección del motor Rayaduras profundas en el rotor.

Presencia de cobre fundido en un estator quemado.

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Metodología de diseño del Sistema de Bombeo Electrocentrífugo Sumergido BEC

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Requerimientos • Información confiable de características físicas del pozo.

las

• Información confiable propiedades del fluido.

de

las

• Información confiable de condiciones de producción.

las

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Metodología A. Consideraciones para el análisis de la bomba. B. Secuencia de cálculo.

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A.- Consideraciones para el análisis de la bomba

• Determinación previa de profundidad colocación de bomba.

la de la

• Cálculo de las presiones de succión y descarga de la bomba. 97 Initials 5/19/2011

profundidad

A.- Consideraciones para el análisis de la bomba • Tener instalado un separador de gas.

• Eficiencia máxima del separador del 95% (rotativo). • La relación gas libreliquido que tolera la bomba puede variar de 0.1 a 1 m3g/m3o. 98 Initials 5/19/2011

A.- Consideraciones para el análisis de la bomba • A cantidades mayores de gas se reduce la eficiencia y capacidad de carga de la bomba. • Debe esta colocada por debajo del nivel dinámico del fluido, a una profundidad que asegure el suministro ininterrumpido de fluido a la bomba y cumpla las consideraciones de diseño sobre la cantidad de gas permisible en la succión. 99 Initials 5/19/2011

BOMBA

A.- Consideraciones para el análisis de la bomba • Para el cálculo del número de etapas de la bomba y la potencia requerida por el motor, es necesario el uso de las curvas características de comportamiento para cada bomba. • Estas curvas son clasificadas por grupo de acuerdo con el diámetro mínimo de la tubería de revestimiento en que pueden ser introducidas. 100 Initials 5/19/2011

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B.- Secuencia de Cálculo 1. A partir de los datos de una prueba de producción y el gasto de liquido que se desea obtener en la superficie (GASTO DE DISEÑO) se determina la Pwf correspondiente.

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Presión

PRUEBA DE PRODUCCIÓN

Pwf prueba

Pwf diseño

Qo prueba

Qo diseño

Gasto

Secuencia de Cálculo 2.

Determinación del perfil de presión ascendente, a partir de la Pwf y RGL natural, hasta un punto en que la cantidad de gas libre a condiciones de flujo menos el porcentaje de gas que el separador envía al espacio anular es igual a la cantidad de gas libre que tolera la bomba (consideraciones de diseño), punto “A”.

En el punto “A” se tendrá la profundidad de colocación de la bomba y la presión de succión. 104 Initials 5/19/2011

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Secuencia de Cálculo 3. Se calcula el perfil de presión descendente a partir de la presión requerida en la boca del pozo, con una RGL natural menos la cantidad de gas libre enviada al espacio anular hasta alcanzar la profundidad de colocación de la bomba, punto “B”. La presión en este punto es la presión de descarga de la bomba.

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Secuencia de Cálculos 4. Determinar el incremento total de presión requerido: la diferencia entre la presión de descarga y succión de la bomba es el incremento de presión necesario para obtener en la superficie el gasto deseado. 5. Selección/Análisis de la bomba: Dividir el incremento total de presión en “n” incrementos iguales para determinar los cambios de volumen en la bomba. 107 Initials 5/19/2011

“n” incrementos

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Análisis de la bomba •

El volumen de fluidos que debe manejar la bomba es el que llega a la succión.

•

Las primeras tienen capacidad volumétrica característica bomba).

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etapas mayor (curva de la

Análisis de la bomba

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Capacidad volumétrica: Rango de gastos que una etapa de la bomba maneja con máxima eficiencia

Análisis de la bomba • El gasto de líquido obtenido en la superficie no es el mismo bomba,

que

maneja

debido

al

la gas

disuelto en el aceite que se

libera a lo largo de la tubería. • En cada etapa de la bomba desde la succión hasta la descarga,

se

incrementa

sucesivamente la presión de

la mezcla, reduciendo su 111 Initials 5/19/2011

volumen.

“n” de 10 a 20

Análisis de la bomba •

Cuando el volumen de fluidos disminuye considerablemente y su valor se encuentra por debajo de la máxima eficiencia de las primeras etapas, las siguientes requieren

tener

menor

capacidad volumétrica.

•

La

bomba

puede

quedar

constituida por una, dos o más etapas, las cuales manejarán

con

máxima

eficiencia

el

volumen de fluido en el interior 112 Initials 5/19/2011

de la bomba.

RANGO OPTIMO

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Análisis de la bomba Por cada etapa de la bomba se tendrá: 1. Carga que desarrolla. 2. Potencia que requiere del motor.

3. Eficiencia.

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Secuencia de Cálculos 6. Selección del motor, considerando:  Potencia requerida.  Diámetro exterior, que permita su introducción dentro del pozo.  Voltaje, que dependerá de la tensión eléctrica disponible en la superficie. Los fabricantes han elaborado graficas y tablas para proporcionar las características de los motores. 115 Initials 5/19/2011

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Secuencia de Cálculos 7.

Selección del cable, se deberá considerar el espacio libre entre la unidad de bombeo y la TR, definiéndose su diámetro (calibre); también debe cumplirse con las caídas de voltaje a través del mismo.

8.

Selección del protector, con un diámetro adecuado al resto de la instalación.

9.

Selección del separador de gas, que cumpla con las consideraciones de diseño para % de gas libre en la succión de la bomba.

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Secuencia de Cálculos 10. Determinación del tablero de control, deberá proyectarse para manejar el voltaje de operación. Su capacidad en HP debe ser cuando menos igual a la potencia del motor. 11. Selección o diseño del cabezal de producción. 12. Selección de los flejes metálicos, instalados cada 5 metros en la tubería y 25 flejes para sujetar el cable a la bomba, separador y a la sección sellante.

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FIN DE LA PRESENTACIÓN

FIN DE LA PRESENTACIÓN

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19 Mayo 2011