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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE TECNOLOGÍA EN PETRÓLEOS TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE TECNÓLOGO DE PETRÓLEOS
“BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE (BES) COMO MÉTODO DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL PARA LA COMPLETACIÓN DEL POZO ANACONDA 2 UBICADO EN EL ORIENTE ECUATORIANO”
AUTOR: CRISTIAN TRÁVEZ ÁLVAREZ
DIRECTOR: ING. PATRICIO JARAMILLO, MSC.
Quito, 2014
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2014 Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo CRISTIAN STALIN TRÁVEZ ÁLVAREZ, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________ Cristian Stalin Trávez Álvarez C.I. 050329231-0
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE (BES) COMO MÉTODO DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL PARA LA COMPETICIÓN DEL POZO ANACONDA 2 UBICADO EN EL ORIENTE ECUATORIANO”, para aspirar al título de Tecnólogo de Petróleos, fue desarrollado por Cristian Stalin Trávez Álvarez, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
__________________________ Ing. Patricio Jaramillo DIRECTOR DEL TRABAJO C.I.1701279315
DEDICATORIA
A Dios y a la Virgen María por haberme dado salud y vida para poder realizar con éxito este proyecto de tesis.
A mi esposa María Rodríguez y a mis hijos Matías y Alejandra, que con concejos, amor y cariño supieron guiarme para poder terminar la carrera.
A mis padres Nelson Trávez y Norma Álvarez por haber confiado en mí, por su apoyo incondicional, por todo el amor y el cariño que me brindan, a mi hermano que a su corta edad sabia darme concejos para no decaer en cada momento difícil de mi vida, a mis abuelitos y a toda mi familia.
Al Ingeniero Klever Álvarez por el apoyo incondicional en mi vida estudiantil y personal y por estar siempre pendiente de toda la familia.
A la Ingeniera Dalyz Álvarez por estar día a día apoyándome y brindándome concejos para no decaer.
A mis amigos, por todo el apoyo que me brindaron para terminar mi carrera, por los concejos que me supieron impartir en los momentos difíciles de mi vida.
Cristian Stalin Trávez Álvarez
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios y a la Virgen por guiar mis pasos por el camino del bien.
A mis padres, Nelson Trávez y Norma Álvarez por su apoyo incondicional, por los consejos, y el esfuerzo que hicieron para terminar mi carrera.
Mi gratitud al Ingeniero Patricio Jaramillo, por todo el apoyo que me brindo para poder terminar este proyecto de tesis con éxito.
Al Ing. Marco Corrales por darme la oportunidad de realizar mis prácticas pre profesionales en la Empresa TREE OIL.
A todos cada uno de mis familiares, que de una u otra manera me apoyaron para salir adelante con mi carrera universitaria.
Cristian Stalin Trávez Álvarez
ÍNDICE DE CONTENIDOS
RESUMEN
ix
ABSTRACT
xi
1.NTRODUCCIÓN.
1
1.1. OBJETIVO GENERAL
3
1.1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
3
2. MARCO TEÓRICO
5
2.1.DESCRIPCIÓN DEL BES
5
2.1.1. TEORÍA DE OPERACIÓN DEL BES
5
2.1.2. COMPONENTES DE FONDO
6
2.1.3. COMPONENTES DE SUPERFICIE
6
2.2. COMPONENTES DE FONDO.
8
2.2.1 BOMBAS CENTRÍFUGAS
8
2.2.1.1. Tipos De Etapas
10
2.2.1.2. Tipos De Bombas Electro Sumergibles
12
2.2.1.3. Configuraciones De Bombas Electro Sumergibles 14 2.2.1.4. Diseños Mejorados
14
2.2.1.5. Selección De Una Bomba Electro Sumergible
15
2.2.2. INTAKES
17
2.2.3. SEPARADORES DE GAS
18
2.2.4.
MANEJADORES
DE
GAS
(ADVANCED
GAS
HANDLERS AGH)
21
2.2.5. PROTECTORES
22
2.2.5.1. Funciones
22
2.2.5.2. Tipos Básicos de Protectores
23 i
2.2.5.3. Laberinto ..
23
2.2.5.4. Sello Positivo ...
23
2.2.5.5.Protector Modular ....
24
2.2.5.6. Ciclos De Operación Del Protector
26
2.2.6. MOTOR
27
2.2.6.1. Función
27
2.2.6.2. Configuraciones
28
2.2.7. COMPONENTES DEL CABLE DE POTENCIA:
29
2.2.7.1. Conductor
31
2.2.7.2. Recubrimientos Del Cable
32
2.2.7.3. Armadura
33
2.2.7.4. Terminal De Cable (POTHEAD)
34
2.2.8. OTROS (ADAPTERS, GUÍAS DE MOTOR, CAMISAS) 35 2.2.8.1. Adapters (Acoples)
35
2.2.8.2.Guías De Motor
35
2.2.8.3.Las Camisas
35
2.3. COMPONENTES DE SUPERFICIE .
37
2.3.1. JUNCTION BOX O CAJA DE VENTEO
37
2.3.2. SWITCHBOARD/VSD
38
2.3.3. TRANSFORMADOR ELEVADOR (XFM STEP UP) .
39
2.4. ALTURA DINÁMICA TOTAL (TDH TOTAL DINAMIC HEAD) .
43
2.5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS EQUIPOS ELECTRO SUMERGIBLES
46
2.5.1. VENTAJAS
46
2.5.2. DESVENTAJAS
46
3.METODOLOGÍA
47 ii
3.1. PROCEDIMIENTOS PARA EL ARRANQUE Y, RANGOS DE OPERACIÓN
Y
MANTENIMIENTO
DE
EQUIPOS
ELECTROSUMERGIBLES.
47
3.1.1. INTRODUCCIÓN
47
3.1.2 ARRANQUE Y OPERACIÓN .
47
3.1.3. DETALLES DE ARRANQUE Y OPERACIÓN
50
3.2. MANTENIMIENTO DE EQUIPOS ELECTROSUMERGIBLES
60
3.2.1. PROGRAMACIÓN DEL MANTENIMIENTO
62
3.2.1.1. Mantenimiento Preventivo
63
3.2.1.2. Mantenimiento Predictivo
63
4.ANÁLISIS DE RESULTADOS 4.1. EJEMPLO DE UN DISEÑO 4.1.1. DESARROLLO DEL PROGRAMA. 4.1.1.1.Menú Principal 4.1.2. DIMENSIONES DE LOS CABLES .
63 65 66 66 79
5.1 CONCLUSIONES:
81
5.2 RECOMENDACIONES:
83
GLOSARIO DE TÉRMINOS
84
BIBLIOGRAFÍA
86
iii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. El sistema típico BES
7
Figura 2. Bomba centrifuga multi-etapas
9
Figura 3. Etapas de una bomba
10
Figura 4. Diseño radial de una etapa
11
Figura 5. Etapa de flujo mixto
11
Figura 6. Curva de rendimiento de una etapa de la bomba
17
Figura 7. Intake integral
18
Figura 8. Separadores de gas
21
Figura 9. Protector o sección sellante
24
Figura 10. Combinaciones de protectores o secciones sellante
26
Figura 11. Un motor eléctrico
28
Figura 12. Cable de potencia bes redondo
30
Figura 13. Componentes de cable
31
Figura 14. Conductor de Cable Trenzado
32
Figura 15. Conductor de Cable Compacto
32
Figura 16. Terminal con conexión directa (tipo enchufe)
34
Figura 17. Adaptadores
35
Figura 18. Camisas
36 iv
Figura 19. Caja de venteo
37
Figura 20. Panel de controlador del motor
38
Figura 21. Transformador Elevador (Xfm Step Up)
39
Figura 22. Transformador de 2700 kva
40
Figura 23. Transformador simple
42
Figura 24. Altura dinámica total
44
Figura 25. Curva de capacidad de cabeza
45
Figura 26. Modelos De Bombas Utilizadas Para Bajos Caudales
57
Figura 27. Modelos De Bombas Utilizadas Para Bajos Caudales
58
Figura 28. Rangos De Operación Recomendados
59
Figura 29. Información general del pozo
66
Figura 30. Correlaciones para predicción de Flujo
68
Figura 31. Ingreso de Datos del Pozo
68
Figura 32. Criterios para el dimensionamiento
69
Figura 33. Descripción Del Sistema Y Proyección a un año
70
Figura 34. Descripción del sistema y proyección a un año
71
Figura 35. Descripción del equipo de superficie
72
Figura 36. Resumen Y Criterio De Selección Del Equipo Bes
73
Figura 37. Curva De La Bomba Caso Base
74
Figura 38. Curva De La Bomba – Proyeccion a un año
75
Figura 39. Curva Y Comportamiento De La Bomba
76 v
Figura 40. Comportamiento Del Motor
77
Figura 41. Comportamiento Del Motor - Proyección A Un Año
78
Figura 42. Dimensiones De Cables
79
Figura 43.Dimensiones De Los Cables Centrilift
80
vi
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Traducción del Menú Principal del Software para Diseño de un Sistema BES.
67
vii
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO 1 TÍPICO EQUIPO ELECTROSUMERGIBLE.
89
ANEXO 2 CAPACIDADES Y RANGOS DE OPERACIÓN
90
ANEXO 3 TIPOS DE CABLE
91
ANEXO 4 COMPLETACIÓN DEL POZO DE APLICACIÓN
92
viii
RESUMEN A manera de información y por considerarse como otro sistema de recuperación de hidrocarburos importante se explicará lo que es el bombeo electro centrífugo.
El bombeo electro centrífugo sumergido ha probado ser un sistema artificial de producción eficiente y económico. En la actualidad ha cobrado mayor importancia debido a la variedad de casos industriales en los que es ampliamente aceptado.
El desempeño y el manejo de un reservorio se basan tradicionalmente en datos e información previamente reunida durante períodos cortos de prueba y registros.
Las completaciones BES usadas en la actualidad, que combinan el monitoreo y el control de la producción son cada vez más habituales y requieren el uso de programas computarizados para el dimensionamiento y control de flujo sumamente confiable.
Este sistema está compuesto por una bomba centrífuga multi-etapas manejada por un motor eléctrico. La cantidad de fluido que pasa a través de la bomba puede variar dependiendo de la presión sostenida en el sistema.
Entre las características únicas del sistema están su capacidad de producir volúmenes considerables de fluido desde grandes profundidades, bajo una amplia variedad de condiciones del pozo y particularmente se distingue por que, su unidad de impulso o motor está directamente acoplada con la bomba en el fondo del pozo.
ix
El sistema está asociado típicamente con aplicaciones de altos volúmenes, altos cortes de agua en excesos de 100,000 BFPR.
El cumplimiento de los procedimientos para el control del arranque de este sistema BES es de vital importancia para asegurar que el equipo esté operando dentro de los parámetros de diseño.
Los mecanismos de lubricación de la bomba deben asegurar un suministro continuo de lubricante limpio y seco durante todo el tiempo que la bomba esté en servicio.
Para una mejor comprensión del diseño del sistema BES se realizó un ejemplo en el pozo Anaconda 2 en el cual se implementó este diseño con datos exactos y proyección a un año.
En la actualidad el diseño ha mejorado, incorporando en los cálculos la consideración de que el volumen y propiedades físicas de la mezcla, varían constantemente en el interior de la bomba; lo cual se traduce en reducciones importantes de su capacidad volumétrica, desde la presión de succión hasta la de descarga. Consecuentemente las dimensiones del motor y de la bomba son aún menores, para lograr una operación más eficiente del sistema, para obtener en la superficie el gasto de líquidos deseado, manteniendo la presión necesaria en la cabeza del pozo.
x
ABSTRACT By way of information and considered another important recovery system hydrocarbons explain what is the centrifugal pumping electro.
The submerged centrifugal electro pump has proven to be an artificial system efficient and economical production. Today it has become more important because of the variety of industrial cases where it is widely accepted. The performance and handling of a reservoir is traditionally based on previously gathered data and information for short periods of testing and records.
The BES completions currently used , combining the monitoring and control of production is becoming more common and require the use of computer programs for sizing and highly reliable flow control.
This system is comprised of multi- stage centrifugal pump driven by an electric motor. The amount of fluid passing through the pump can vary depending on the pressure in the system steady.
Among the unique features of the system is its ability to produce large volumes of fluid from great depths under a variety of conditions and is particularly well recognized by who, its unit impulse or motor is directly coupled to the pump at the bottom of pit.
The system is typically associated with high-volume applications, high water cuts in excess of 100,000 BFPR.
Compliance with the procedures for controlling the starting of this BES system is vital to ensure that the equipment is operating within design parameters.
xi
Mechanisms pump lubrication should ensure a continuous supply of clean, dry
lubricant
all
the
time
that
the
pump
is
in
operation.
For a better understanding of the system design BES make an example Anaconda 2 well which was implemented in this design with accurate data and projection to a year.
Currently the design is improved by incorporating into the calculation considering the volume and physical properties of the mixture vary constantly inside the pump, which translates in a substantial reduction of volume capacity from the pressure suction to discharge.
Consequently the size of the motor and pump are even lower, to achieve a more efficient operation of the system for expenditure on the surface desired liquid, maintaining the necessary pressure at the wellhead
xii
INTRODUCCIÓN. El desempeño y manejo de un reservorio se basa tradicionalmente en datos e información previamente reunida durante periodos cortos de prueba y de registros, antes de que los pozos sean puestos en producción. Información adicional puede ser adquirida varios meses después, ya sea como un ejercicio planeado o cuando surgen problemas imprevistos.
Semejante adquisición de información requiere de una intervención en el pozo, y casi siempre significa una pérdida en la producción, riesgos incrementados, inconveniencias y problemas logísticos, y también puede significar gastos adicionales y pérdida de tiempo en el traslado de un taladro hacia la locación.
Los sistemas de monitoreo permanentes miden y graban el desempeño del pozo y el comportamiento del reservorio, por medio de los sensores que son colocados en el fondo del pozo durante la etapa de completación.
Estas medidas suministran a los ingenieros y tecnólogos petroleros, información esencial para el manejo dinámico de las ventajas de los hidrocarburos, permitiéndoles optimizar la producción, diagnosticar problemas, desarrollar el campo (refinamiento) y los especialistas ajusten los modelos para el reservorio.
Los sistemas de monitoreo permanente permiten diferentes situaciones de análisis.
Los sensores son colocados en el fondo del pozo con la sarta de completación junto al fondo del reservorio. Las modernas comunicaciones proveen un acceso directo a las mediciones que realiza el sensor desde 1
cualquier parte del mundo. Los comportamientos del pozo y del reservorio, pueden ser monitoreados fácilmente en tiempo real, las 24 horas del día, todos los días durante el período de vida del reservorio.
Los especialistas pueden observar el desempeño diario, examinando las repuestas a los cambios en los procesos de producción o de recuperación secundaria y también pueden registrar los eventos para ayudar al diagnóstico y monitoreo de problemas, además de brindar acciones preventivas, de la misma manera en que lo hacen los monitores que se encuentran en las salas de control.
Las completaciones BES o usadas en la actualidad, que combinan el monitoreo y el control de la producción son cada vez más habituales, y requieren el uso de programas computarizados para el dimensionamiento y de control de flujo sumamente confiables. Los sistemas de monitoreo de fondo de pozo, proveen de una información exacta y mejoran el tiempo medio de la bomba entre fallas. Esto permite a las instalaciones trabajar dentro de estrechos parámetros de operación y permite una conversión económica para el levantamiento artificial.
Los desafíos que se presentan en el monitoreo permanente son diarios, es por esto que se ha tomado en cuenta el desarrollo y la instalación permanente y resistente de sensores, capaces de suministrar un flujo constante de datos a lo largo de la vida útil de un pozo.
Los resultados que se obtengan a partir del presente trabajo, serán dirigidos exclusivamente a los técnicos del área petrolera, ya sean éstas privadas o estatales, pues la información obtenida se refiere a un Programa Computarizado de Dimensionamiento ESP. Solamente se trata de un análisis computarizado, el cual termina en una propuesta que
2
permitirá escoger el tipo de equipo de fondo adecuado, y de los beneficios que éste puede presentar si se es utilizado de una manera adecuada. La información requerida para este trabajo resulta ser de tipo confidencial y, en muchas ocasiones no estará disponible para todas las personas, excepto aquellas que se desempeñen en el área petrolera.
1.1. OBJETIVO GENERAL
-
Exponer que mediante el Dimensionamiento Computarizado de Equipos BES y el monitoreo de parámetros electromecánicos en el control operacional de los equipos se puede utilizar para mejorar el rendimiento y la vida útil de los equipos en los pozos petroleros.
1.1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
-
Mostrar
las
ventajas
del
Programa
Computarizado
de
Dimensionamiento BES y como éste, ayudará a extender la vida útil de los BES.
-
Analizar los datos generados por los sensores de parámetros de fondo de la operación del equipo BES, durante el proceso de producción de petróleo.
-
Recomendar mediante este estudio las acciones preventivas y correctivas en las etapas operación y mantenimiento, que se pueden implementar en el monitoreo de equipos BES.
-
Identificar
problemas
electromecánicos
de
tipo
operacional,
mediante la interpretación de la información de los parámetros de
3
fondo en el proceso de monitoreo en los equipos electro sumergibles BES.
-
Beneficiar a las Compañías Operadoras Productoras de Petróleo, explicando los beneficios que se pueden conseguir con la aplicación de los datos de la información suministrada por el Programa de Dimensionamiento BES.
-
Este documento podría ser una Guía de Consulta y de Referencia para los estudiantes de la Escuela de Petróleos que deseen ahondar sus conocimientos en el mencionado tema en el bombeo electrosumergible BES.
-
Esta propuesta cuenta con los medios bibliográficos como información técnica autorizada para su uso, recurso humano y económico, infraestructura y el tiempo necesario para mostrar las características
de
un
Programa
Computarizado
para
el
Dimensionamiento de equipos BES o BES, se puede alargar la vida útil de los equipos BES, mediante el reconocimiento temprano de problemas en los pozos.
-
Si la información que se genera por medio del sensor de fondo puede ayudar a los técnicos e ingenieros especialistas en producción de petróleo, a implementar una política de análisis de información, que permita tomar acciones correctivas en el Dimensionamiento de equipos y preventivas para el Control Operacional de los Equipos BES, entonces se puede brindar una asistencia adecuada para extender la vida útil de los equipos.
4
MARCO TEÓRICO. 2.1. DESCRIPCIÓN DEL BES 2.1.1. TEORÍA DE OPERACIÓN DEL BES
El sistema de Bombeo Electro sumergible (Electrical Sumergible Pump BES) está conformado por una Bomba Centrífuga multi-etapas manejada por un motor eléctrico. Las bombas centrífugas no desplazan una cantidad específica de líquido como las bombas de desplazamiento positivo, pero en cambio crean una relativa cantidad de presión constante que incrementa el levantamiento del fluido hacia la superficie. La cantidad de fluido que pasa a través de la bomba puede variar dependiendo de la presión sostenida en el sistema. La cantidad de fluídos necesaria y la presión para levantar líquidos a la superficie están determinadas por el tipo y número de etapas en la bomba.
El BES está trabajando en el hueco del pozo suspendido de la sarta de producción. Por lo tanto si la unidad de BES falla, la tubería de producción y la bomba deben ser sacadas juntas para reparación y consiguiente cambio de equipo. La energía es suministrada por un cable eléctrico trifásico que puede ser plano o redondo en caso de espacios limitados con asilamiento y con una armadura, este cable va desde la superficie hacia el cabezal del pozo y de ahí sujeto a través de toda la tubería de producción hasta llegar al motor. El sistema típico BES está básicamente compuesto de los siguientes componentes.
5
2.1.2. COMPONENTES DE FONDO
Bomba Centrífuga
Intake o Separador de gas
Protector
Motor Eléctrico
Sensor de fondo
Cable de potencia
Otros (Adaptadores, Guías de motor)
2.1.3. COMPONENTES DE SUPERFICIE
Junction box
Control Panel/Switchboard o Variable Speed Drive System
Generación
Panel de lecturas de Fondo
Registrador Amperométrico
6
Como se puede puede observar en la Figura 1 tenemos un sistema tipico Bes , componentes de superficie y fondo.
Figura 1. El sistema típico BES (Baker Hughes, 2012)
Un sistema de bombeo eléctrico sumergible BES consiste de un motor conectado en series a una bomba centrifuga y colocado en el fondo de la tubería de producción.
La operación fundamental del levantamiento del BES es crear y mantener el drawdown, permitiendo que los fluidos de la formación fluyan dentro del pozo y luego sean bombeados a la superficie.
Para un índice de producción dado, la rata de producción es relativa a la cantidad de drawdown lograda, por ejemplo la reducción de la presión hidrostática en el nivel del fluido.
7
Aunque los sistemas BES tienen una limitada rata de producción comparada a otros sistemas de levantamiento artificial, el sistema BES tiene vastísimos caudales de producción que cualquier otro método de levantamiento artificial.
El sistema está asociado típicamente con aplicaciones de altos volúmenes, altos cortes de agua en excesos de 100,000 barriles de fluido por día (bfpd); Sin embargo, algunos sistemas BES operan a menos de 1000 bfpd. Si es diseñado adecuadamente un sistema BES puede además manejar adecuadamente gas y fluidos corrosivos.
Los sistemas BES prestan a los pozos para aplicaciones costa afuera debido a su aplicabilidad en pozos desviados, limitado espacio ambiental y energía eléctrica. Declinando o inclinando ratas y problemas operacionales (sólidos, gas excesivo, alta temperatura, etc.) pueden ser un a perjuicio y resultar en altos costos de mantenimiento.
2.2. COMPONENTES DE FONDO. 2.2.1 BOMBAS CENTRÍFUGAS
Es una bomba centrifuga multi-etapas, cada etapa consiste de una parte rotaria: el Impulsor (empeller) y un parte estacionaria: el difusor (diffuser).
El impulsor provee energía en forma de velocidad al fluido a ser bombeado. El difusor transforma la energía cinética en energía potencial (presión) antes de re-direccionar el fluido dentro del siguiente impulsor hacia arriba. El número total de etapas determinará la cabeza (presión) generada por la bomba.
8
Como podemos apreciar en la Figura 2 tenemos un ejemplo de una bomba centrifuga multietapas. En la Figura 3 podemos observar las etapas de una bomba
Figura 2. Bomba centrifuga multi-etapas (Baker Hughes, 2012)
9
Figura 3. Etapas de una bomba (Baker Hughes, 2012) El fluido que viene del anular entra a la bomba a través de la sección del intake y es descargado fuera de la bomba directamente a la tubería de producción. El número de etapas usada en una bomba varía en particular con la aplicación.
2.2.1.1. Tipos De Etapas Existen dos tipos básicos de etapas:
Etapa de Flujo Radial: En la etapa radial el fluido es acelerado horizontalmente por el impeler rotario a través de la abertura del alabe, luego abruptamente gira 180 grados hacia arriba cuando éste encuentra la pared del difusor. La etapa como podemos obervar en la Figura 4 radial está diseñada para manejar bajas ratas de producción.
10
Figura 4. Diseño radial de una etapa (Baker Hughes, 2012)
Etapa de Flujo Mixto: En las etapas de flujo mixto, el fluido se acelera diagonalmente hacia dentro y hacia fuera, éste diseño permite una aceleración tanto axial como radial del fluido al mismo tiempo. Las etapas de flujo mixto como se observa en la Figura 5 son usadas para altas ratas de producción generalmente sobre los 1700 BFPD.
Figura 5. Etapa de flujo mixto (Centrilift, 2012)
Para dar una idea del proceso de levantamiento, imaginemos que el impulsor rotario acelera el fluido desde el centro de la etapa en una dirección hacia afuera donde este se encuentra con la pared del difusor, 11
el impulso del fluido es transformado de radial a dirección vertical y el fluido es levantado.
2.2.1.2. Tipos De Bombas Electro Sumergibles
Bombas Flotadoras: En este tipo de bomba los impulsores están libres para deslizarse hacia arriba y hacia abajo, o están “flotando” sobre el eje. Todos los impulsores generan un empuje que es manejado por las arandelas de empuje y el balance hidráulico generado en cada etapa. Las “arandelas de empuje” son usadas para absorber el empuje generado en todos los pares de superficie entre el impulsor y el difusor. Las bombas de flotación son muy buenas en ambientes medianamente abrasivos, ya que previenen que los sólidos entren a la zona del cojinete radial, son más flexibles bajo el punto de vista de manufactura, ya que la tolerancia acumulada no es un problema.
Bombas Bottom Floater (BFL): El 60% de impulsores del fondo son tipo flotador y el 40% superior son de tipo compresión. Las etapas de compresión soportan la carga del eje, este tipo de construcción es usada en impulsores los cuales tienen arandelas de empuje en cada etapa. Las etapas de compresión soportan la carga del eje y su propio empuje axial.
Bombas Compresoras: Cada impulsor está rígidamente fijo al eje de tal manera que se mueve solidariamente con el eje. Todos los impulsores están “comprimidos” conformando un cuerpo rígido. En una bomba de compresión, todos los impulsores están fijados rígidamente al eje de manera que si un impulsor trata de moverse hacia arriba o abajo, tratará de mover el eje en esa dirección. 12
Durante el ensamblaje y debido a la gravedad, el impulsor normalmente está descansando en su correspondiente difusor inferior. Por esta razón, el eje de la bomba es “levantado” con espaciadores en el acople de tal manera que el impulsor no toca el difusor en el equipo ensamblado. Esto hace que todo el empuje desarrollado en el eje de la bomba sea transferido directamente al eje del protector.
Ya que todo el empuje es manejado por el protector, el rango de operación puede ser extendido ampliamente, sin incremento del desgaste o reducción de la vida útil, en la medida que el protector tenga la capacidad suficiente para manejar el empuje desarrollado.
Anillo de Compresión: La principal diferencia entre el diseño del anillo de Compresión Estándar (C) y el anillo de Compresión (CR), es cuando y como la compresión se localiza en los impulsores. El diseño estándar comprime al impulsor antes de comprimir a los difusores y el diseño del anillo de compresión comprime a los impulsores después de que los difusores sean comprimidos. El diseño de compresión estándar es normalmente usado en las series de bombas largas ó en pequeñas bombas.
Bombas de Balance Hidráulico: Tradicionalmente, este tipo de bomba ha sido usado en aplicaciones con muy alto empuje descendente (por ejemplo: bomba con muchas etapas) donde una bomba estándar de compresión sobrecargaría el cojinete de empuje axial del protector. La bomba HB es una bomba de compresión estándar en todo aspecto, excepto por el cabezal de descarga. La descarga usa un pistón de balanceo para reducir la presión que actúa sobre el tope del eje. Baja Temperatura: Son bombas diseñadas para aplicaciones de bajas temperaturas usualmente en pozos de agua y usa las etapas estándar de un 13
pozo de aceite. La base se adapta a un motor tipo NEMA de bajo costo, incluye un intake integral.
2.2.1.3. Configuraciones De Bombas Electro Sumergibles
Single (S): Es una la configuración de una única bomba que tiene incorporado un intake y una cabeza de descarga, no se permite añadir más bombas.
Center Tandem (CT): Esta es una bomba con conexiones bridadas las cuales permiten algunos números de secciones para ser conectadas juntas. Es la más comúnmente usada en pozos de aceite. Una bomba "center tandem" no tiene añadida intake o cabeza de descarga
Lower Tandem (LT): Esta bomba tiene incorporado un intake integral en la base, pero no tiene una cabeza de descarga. Esta puede ir bajo otras bombas o además puede ser completada con una cabeza de descarga con pernos.
Upper Tandem (UT): Esta es una bomba con una cabeza de descarga incorporada, pero no tiene intake, esta puede ser colocada en el tope de otra bomba o sobre una sección de intake.
2.2.1.4. Diseños Mejorados
Abrasive Resistant Zirconia (ARZ): Esta bomba está diseñada para operación en pozos altamente abrasivos y es usada en construcción tanto compresora como flotadora. Este diseño de bomba utilice rodamientos de Zirconio tanto en la cabeza y en la
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base y en ocasiones son colocados a lo largo del eje de la bomba en forma espaciada.
Enhanced Stabilized (ES): Este diseño es usado en aplicaciones donde un diseño ARZ no es requerido, se usa en construcciones tanto para bombas flotadoras como compresoras. Se usa en mismo rodamiento ARZ tanto en cabeza como en la base de la bomba.
Las bombas son construidas con difusores bajos que no tienen pedestal. El diseño está basado sobre en diseño estándar solamente en el eje, la cabeza y la base son en cambio ARZ. El diseño ES, incrementa la fiabilidad de la bomba estándar.
2.2.1.5. Selección De Una Bomba Electro Sumergible La selección del BES requiere del entendimiento del presente y futuro del desarrollo del pozo, en particular el índice de productividad, presión de reservorio, el punto de burbuja la rata de flujo y la presión de cabeza requerida.
La selección de la bomba está basada en parte en el diámetro del casing. El tamaño apropiado puede ser determinado por las especificaciones del fabricante. Determinar el tamaño y los requerimientos de energía para el equipo de fondo están en función de la rata de flujo y la presión de descarga requerida para la aplicación. La presión de descara de la bomba será igual a la diferencia entre la presión disponible en el intake de la bomba (Inflow Performance) y la presión requerida a la entrada del tubing (Outflow Performance).
La presión de descarga de la bomba esta típicamente expresada en términos de pies o metros de levantamiento. El actual levantamiento desarrollado y la eficiencia (ratio de la energía hidráulica transmitida al 15
fluido a la energía administrada a la bomba) de un BES dependen del diseño particular de la bomba.
La bomba es por tanto escogida de acuerdo al indicador de rendimiento publicado por el fabricante y presentada en la curva de rendimiento de la bomba. Entregando el caudal de flujo, la eficiencia de la bomba y para una etapa, el levantamiento desarrollado y el break horsepower (BHP) requerido por un fluido con una gravedad especifica de 1.0.
La cabeza (altura) entregada por etapa depende del diámetro del sistema y de la geometría del impeler y del difusor.
Aquí se muestra la curva de rendimiento típica de una bomba SN2600 mostrando el levantamiento por etapa a varias ratas de flujo, la eficiencia de bomba y el break horsepower requerido.
El número total de etapas requerido es por tanto el levantamiento total requerido dividido para el levantamiento entregado por etapa.
Finalmente el pump break horsepower es calculado multiplicando el máximo HP por etapa tomado de la curva de la bomba por el número de etapas por el promedio de la gravedad específica del fluido.
En la Figura 6 podemos apreciar de una mejor manera la curva de rendimiento de una etapa de la bomba.
16
Figura 6. Curva de rendimiento de una etapa de la bomba (Baker Hughes, 2012)
2.2.2. INTAKES
El fluido entra a la bomba a través del Intake que está sujeto con pernos justo debajo de la bomba, si hay un alto volumen de gas libre presente, éste debe ser separado del fluido de producción antes de entrar a la bomba. Existen tres tipos de secciones de entrada de fluido a la Bomba Centrífuga:
Intake Estándar
Intake Integral construido como parte de la bomba
Separadores de Gas
Intake Estándar: Las entradas estándar o BOI y las integrales no separan gas. Alguna separación de gas puede ocurrir, pero será 17
solamente separación natural, debido a que parte del gas no pasa por la entrada de la bomba junto con el resto del fluido. Las entradas pueden ser ARZ, estas usan cojinetes y camisas de Zirconio y camisas para mejor protección contra desgaste por abrasión y vibración lateral. Esto es importante estando tan cerca de un sello de protector.
Intake Integral: Este está construido como parte de la bomba centrífuga y no separa gas, como se observa en la Figura 7 el intake integral solo sirve como medio de entrada del fluido de producción a la Bomba Centrífuga.
Figura 7. Intake integral (Baker Hughes, 2012)
2.2.3. SEPARADORES DE GAS
Un separador de gas es todavía una entrada, pero con algunas características de diseño para mantener la bomba libre de gas. Existen básicamente dos tipos de Separadores de Gas:
18
Estáticos (Reverse Flor Separador o Motor Shroud): Los diseños originales de separadores de gas estaban basados un incremento de la separación de gas forzando en el pozo el flujo de fluidos en reverso.
A esto se debe que este tipo de separadores
sea llamado de flujo reverso.
Debido a que este tipo de separador no hace un trabajo real sobre el fluido es llamado también separador de gas “estático". Cuando el fluido entra en el separador de gas, es forzado a cambiar de dirección. Algunas de las burbujas de gas en siguen subiendo en vez de entrar al separador. Otras burbujas suben dentro del separador y salen del separador por los agujeros de más arriba.
Dinámicos: El Separador rotativo es recomendado en pozos con alto GOR para remover eficientemente el gas libre del fluido de producción y permite a las bombas electro sumergible ser instaladas en aplicaciones tradicionalmente reservadas a otros métodos de levantamiento artificial.
Esta usa la fuerza centrífuga para separar gas libre. La mezcla gas/fluido entra a través del intake y se mueve hacia un screw tipo inducer donde la presión del fluido es incrementada y movida a la centrifuga donde la separación ocurre. El fluido más pesado es forzado a salir del separador y va directamente hacia la primera etapa de la bomba. El gas que es más liviano se eleva a través del flujo y es venteado hacia el anular del casing.
Debido a la gran masa rotativa sobre un eje sin soportes, estos separadores de gas tendían a experimentar fallas de cojinetes con más frecuencia que el resto de los equipos. Algunas de las fallas se debían simplemente a que el gas no lubrica bien y a los abrasivos.
19
El problema era la porción de longitud de eje no soportada en una área con una masa con una alto momento de inercia el cual podía estar radialmente desbalanceado ya fuera en la fabricación o en la operación porque se llenaba con un fluido no homogéneo de gravedad específica variable, por este motivo se implementaron los rozamientos ARZ en la construcción de los Separadores de Gas.
La separación natural puede ser tan alta como 60 % y que con un separador de gas rotativo, la eficiencia total de separación puede llegar a 99 %, además los separadores de gas (todos los tipos) tienen un rango de flujo donde son efectivos y otros donde no lo son.
El volumen total de fluidos a manejar (gas + petróleo + agua) debe estar dentro del rango permisible de operación del Separador de Gas como podemos apreciar en la Figura 8 seleccionado para la aplicación.
20
Figura 8. Separadores de gas (Baker Hughes, 2012)
2.2.4. MANEJADORES DE GAS (ADVANCED GAS HANDLERS AGH)
El principal objetivo del Manejador Avanzado de Gas “AGH” es evitar el bloqueo por gas de la bomba lo cual puede resultar en operaciones cíclicas
y posible
falla
mecánica prematura
si no
se
controla
apropiadamente. El AGH no separa gas pero acondiciona la mezcla de fluidos de tal manera que pueda ser manejada por la bomba. Ofrece las siguientes ventajas:
AGH permite producir con éxito pozos que previamente no podían producir económica o confiablemente con bombas electro sumergible empleando separadores de gas.
El AGH está diseñado para mejorar la eficiencia total de levantamiento de una instalación de bombeo Electro sumergible manteniendo una mayor relación gas-líquido en la tubería de producción.
21
La mayor RGL ayuda a reducir los requerimientos de potencia hidráulica para levantar los fluidos en un pozo produciendo petróleo, agua y gas.
El AGH utiliza los siguientes métodos para mejorar la eficiencia de la bomba:
Homogeniza la mezcla
Reduce el tamaño de la burbuja
Pone el gas en solución
Ayuda al gas a moverse hacia la corriente principal.
2.2.5. PROTECTORES
El
protector,
también
llamado
Sección
Sellante,
está
localizado
inmediatamente arriba del motor. Este aísla el aceite refinado del motor de los fluidos del pozo y ecualiza presiones del reservorio con la presión interna del motor.
2.2.5.1. Funciones El protector tiene las siguientes funciones:
Transmitir el torque generado por el motor a la bomba a través del eje del protector.
Absorber la carga axial generada por la bomba, lo cual quiere decir que el protector tiene un rodamiento de carga especial.
Proveer un sello positivo entre el reservorio y el motor con el uso de sellos mecánicos los cuales previenen que los fluidos del pozo migren a lo largo del eje del protector y dentro del motor.
Ecualiza presiones entre el motor y el reservorio.
22
2.2.5.2. Tipos Básicos de Protectores El protector tiene dos tipos básicos de construcción:
Laberinto
Sello positivo
2.2.5.3 Laberinto El diseño de laberinto se vale de la diferencia en la gravedad específica de los fluidos del pozo y la del aceite del motor para mantenerlos separados aun cuando estén en contacto directo. Hay aplicaciones en las cuales no es conveniente usar este tipo de protector: fluidos del pozo y pozos horizontales o altamente desviados. 2.2.5.4 Sello Positivo En aplicaciones en donde el fluido del pozo y el motor tienen gravedades específicas similares o cuando el pozo es altamente desviado, hay otro tipo de Protector que usa un “sello positivo” o de “bolsa” para separar físicamente los dos fluidos. Esta bolsa es de un material Elastómero de alta temperatura que brinda un alto rendimiento en cuanto al ataque químico de los fluidos y presiones del reservorio, además se adapta a los cambios de volumen.
23
La bolsa es libre para cambiar su volumen según se requiera manteniendo los dos fluidos separados físicamente todo el tiempo. En la Figura 9 podemos observar el Protector o sección sellante.
Figura 9. Protector o sección sellante (Centrilift, 2012)
2.2.5.5 Protector Modular La flexibilidad es primaria para cualquier Protector Modular. Con este sistema es posible adaptar el protector a casi cualquier aplicación. Los siguientes lineamientos muestran algunas configuraciones de protector posibles y las áreas donde tiene debilidades y fortalezas, principalmente:
Selección de la cámara
Elastómero
Ambiente de fondo de pozo
24
Hay muchas configuraciones disponibles las cuales disponen de 3 componentes básicos:
Sello
Cojinete de Empuje Axial
Eje
El nombre del Protector es designado por los tipos de cámaras de sello usadas y como están conectadas dichas cámaras, por ejemplo: en "serie" o "paralelo".
L:
Laberinto
B:
Bolsa
P:
Paralelo
S:
Serie
HL:
Alta Capacidad de Carga (Cojinete)
Por ejemplo: un Protector BSBSL-HL es, un protector de tres cámaras diseñado con una bolsa en el tope conectada en serie con otra cámara de bolsa, la cual está conectada a su vez con una cámara de laberinto. También tiene un cojinete de empuje de alta capacidad
Conexión en Serie: Se instala en serie para Redundancia/Seguridad. Para pozos donde los fluidos pueden entrar en la cámara de Abajo, primero deben desplazar completamente los fluidos de la cámara superior. No añaden capacidad adicional de expansión.
Conexión en Paralelo: Disponible doble volumen de expansión. Útil en aplicaciones de alta potencia. En la figura 10 vemos las combinaciones de los protectores o sección sellante
25
Figura 10. Combinaciones de protectores o secciones sellante (Centrilift, 2012)
2.2.5.6. Ciclos De Operación Del Protector Llenar de aceite dieléctrico mineral el protector antes de la instalación. Instalación del sistema a la profundidad deseada, el aceite del motor se expande.
Motor opera, el aceite se expande más aún.
Motor se detiene, el aceite se contrae.
Motor opera en ciclos.
El recuperar el motor a la superficie, el aceite se contrae.
26
2.2.6. MOTOR
Los motores que se utilizan en las aplicaciones de Bombeo Electro sumergible, son motores eléctricos de dos polos, trifásicos, de inducción tipo jaula de ardilla y van sumergidos dentro del fluido del pozo.
Los motores van dentro de un alojamiento de acero y esta llenado con aceite mineral dieléctrico que lubrica los rodamientos, aísla eléctricamente el motor y le da conductividad térmica. Una anormal rata de producción puede hacer que el motor se dañe debido a un incremento inesperado de la temperatura.
2.2.6.1. Función El motor eléctrico que provee energía a la bomba está localizado al final del ensamble BES. El motor es energizado eléctricamente a través del cable de potencia.
Un cable plano es típicamente instalado por reducción de espacio y es sujetado al conjunto BES. Este va conectado al motor a través de un terminal especial llamado "pothead".
El motor como se observar en la Figura 10 hace girar al eje conectado a través del ensamble BES y por tanto este mecanismo hace que las etapas de la bomba giren.
27
Figura 11. Un motor eléctrico (Centrilift, 2012)
2.2.6.2. Configuraciones
Single Section (S): La cabeza del motor está diseñada para aceptar la conexión del cable de potencia en la parte superior. La base tiene una conexión integral en “Y” que conectan los terminales del motor juntos y no se pude conectar un motor adicional.
Upper Tándem (UT): La cabeza del motor está diseñada para aceptar la conexión del cable de potencia en el tope del motor y en la base puede ir conectado un motor center tandem, un motor lower tándem o una base universal.
Center Tándem (CT): La cabeza del motor está diseñada para conectarse a la base de un motor upper tándem. o un motor center tándem y la base está diseñada para conectarse a otro motor 28
center tándem, un motor lower tándem o una base universal. Todas las conexiones bridadas esta diseñadas para que los terminales de un motor y otro se conecten al correspondiente terminal del motor adyacente.
Lower Tándem (LT): La cabeza del motor está diseñada para conectarse a la base de un motor upper tándem o un motor center tándem y tiene una conexión integral en "Y" en la base que conecta los terminales juntos.
2.2.7. COMPONENTES DEL CABLE DE POTENCIA:
Descripción: La energía eléctrica es trasmitida al motor por un cable especial diseñado el cual se extiende desde la cabeza del motor hacia el cabezal del pozo (wellhead), y va sujeto a lo largo de la tubería de producción con bandas o clamps.
A pesar que el cable redondo en más usado, a veces se usan cables planos cuando el espacio entre el tubing y el diámetro interno del casing es limitado.
En la Figura 12 vemos el cable de potencia, el cual es el encargado de transmitir la energía a la bomba electrosumergible BES.
29
Figura 12. Cable de potencia bes redondo. (Centrilift, 2012)
El cable de potencia como se ilustra en la Figura 13 que se usa en las aplicaciones BES tiene los siguientes componentes:
Conductor
Aislamiento
Barrera
Chaqueta
Armadura
30
Figura 13. Componentes de cable. (Centrilift, 2012) 2.2.7.1. Conductor El cable BES tiene tres conductores de cobre y están recubiertos con una delgada capa de material conductor. El conductor se escoge de acuerdo a las siguientes características:
Tamaño
Resistencia
Flexibilidad
Costo
Los conductores del cable de potencia BES pueden ser:
Sólido: Es un conductor de diámetro pequeño y de bajo costo. Tiene un bajo estrés interfacial eléctrico.
Trenzado (Redondo): Este conductor tiene mayor flexibilidad. Mayor resistencia a daños.
31
Round
Figura 14. Conductor de Cable Trenzado. (Centrilift, 2012)
Compacto: El cable conductor tiene una reducción hasta del 10% en diámetro versus el conductor trenzado redondo. Compacted
Figura 15. Conductor de Cable Compacto. (Centrilift, 2012)
2.2.7.2. Recubrimientos Del Cable
Aislamiento: Cada conductor es aislado individualmente con un material apropiado, este aislamiento es mecánicamente adherido al conductor.
El Aislamiento se escoge de acuerdo a las siguientes características:
-
Temperatura
-
Cambios de presión
-
Relación Gas Petróleo (GOR)
-
Ataque por dióxido de carbono
-
Ataque por petróleo
Barrera: Estos conductores aislados pueden tener adicionalmente, una barrera protectora y/o una malla aplicada sobre ellos, la 32
barrera actúa como protección mecánica del asilamiento del conductor. La Barrera se escoge de acuerdo a las siguientes características:
- Temperatura - Ambiente Químico - Gas - Manejo
Chaqueta: Sobre la barrera, está colocada una chaqueta que sostiene las tres fases juntas y provee una protección química a la barrera. La chaqueta se escoge de acuerdo a las siguientes características:
-
Temperatura
-
Ambiente Químico
-
Gas
-
Condiciones de manejo
2.2.7.3. Armadura Es un material galvanizado que va colocado sobre la chaqueta, y sirve como protección mecánica al conjunto de componentes del cable de potencia del BES. La Armadura se escoge de acuerdo a las siguientes características:
Resistencia al daño
Contiene la descompresión
Resistencia a la corrosión
Es posible seleccionar diferentes tipos de conductor, aislamiento, barrera, chaqueta y armadura para adaptar la aplicación BES a cualquier ambiente. 33
2.2.7.4. Terminal De Cable (POTHEAD) Terminal de cable con cinta: La cinta se enrolla alrededor de los conectores individuales dentro del motor.
Terminal Insertable: El enchufe está montado en el motor.
Terminal con Conexión Directa: El cable de potencia se conecta directamente al terminal (Tipo enchufe).
En la Figura 16 observamos el Terminal del cable con conexión directa (tipo enchufe).
Figura 16. Terminal con conexión directa (tipo enchufe) (Centrilift, 2012)
34
2.2.8. OTROS (ADAPTERS, GUÍAS DE MOTOR, CAMISAS)
2.2.8.1. Adaptadores (Acoples) Son elementos del mismo material que el resto del equipo electro sumergible, que permiten adaptar diferentes diámetros entre motor y el sensor de fondo. A continuación en la Figura 17 vemos la gama de adaptadores que podemos utilizar de acuerdo a nuestras necesidades.
Figura 17. Adaptadores (Baker Hughes, 2012)
2.2.8.2.Guías De Motor Son elementos que van conectados bajo el sensor de fondo y su principal función es evitar el arrastre del sensor mientras el BES es bajado dentro del pozo y centralizar el equipos principalmente en pozos desviados.
2.2.8.3.Las Camisas Las camisas como observamos en la Figura 18 son básicamente usadas en pozos con bajas ratas de flujo o en pozos con casing de diámetro grande y proveen un adecuado enfriamiento al motor. 35
Figura 18. Camisas (Baker Hughes, 2012)
36
2.3. COMPONENTES DE SUPERFICIE 2.3.1. JUNCTION BOX O CAJA DE VENTEO
La Junction Box o Caja de Venteo, provee un punto de conexión en la superficie desde el controlador del motor y el cable de potencia que viene de la cabeza del pozo, es un punto que permite realizar pruebas fácilmente de chequeos eléctricos de equipos BES de fondo. En la Figura 19 podemos apreciar una Caja de Venteo de un sistema BES.
Figura 19. Caja de venteo (Baker Hughes, 2012)
Otra función es permitir el venteo de gas que haya migrado a través del cable de potencia desde el yacimiento antes de que este gas alcance el arrancador de alto voltaje tal como el Switchboard o el VSD.
37
La caja de venteo está conectada al panel controlador del motor y al transformador por medio de cables de superficie.
2.3.2. SWITCHBOARD/VSD El panel controlador del motor (Switchboard) para aplicaciones de velocidad variable, incluye aparatos y dispositivos para controlar y proteger el motor y provee flexibilidad de uso tales como:
Arrancar el motor.
Relays de protección de sobre/baja corriente.
Circuit-breakers.
Llevar registros.
Una
carta
registradora
de
amperaje
para
propósitos
de
diagnósticos.
A continuación en la Figura 20 observamos el Panel Controlador del Motor conjuntamente con la carta de amperaje.
Figura 20. Panel controlador del motor (Centrilift, 2012) 38
Un VSD (Variable Speed Drive) puede ser usado en lugar del switchboard para variar la velocidad de motor y consecuentemente el desarrollo de la bomba. Por el cambio de la velocidad del motor se cambia el flujo de la bomba y características de levantamiento. Esto permite al operador optimizar el desenvolvimiento de la bomba para mejorar las condiciones del reservorio e incrementar la vida útil del sistema BES.
2.3.3. TRANSFORMADOR ELEVADOR (XFM STEP UP)
Es un dispositivo en el cual el voltaje de la corriente alterna puede ser modificado. Está formado por un núcleo de hierro rodeado por bobinas de alambre con aislamiento. Generalmente, el núcleo y las bobinas están inmersos en aceite, sirviendo éste como aislamiento y refrigeración del transformador. En la Figura 21 observamos el Transformador Elevador con sus respectivas bobinas y componentes.
Figura 21. Transformador Elevador (Centrilift, 2012)
39
Un transformador simple consiste de dos enrollamientos de alambre conductor, muy apretados entre ambos y con un núcleo de hierro, pero aislados entre ellos.
El enrollado que proviene de una fuente con voltaje de corriente alterna, se conoce como primario; éste genera un campo magnético que se transmite a los espirales del otro enrollado, llamado secundario, y produce un voltaje en este. Los enrollados no están físicamente conectados, pero se hallan magnéticamente acoplados.
A continuación en la Figura 22 podemos ver un Transformador de 2700 kva con los cables ya conectados para ser usado en el pozo.
Figura 22. Transformador de 2700 kva (Centrilift, 2012)
40
El voltaje es cambiado en proporción exacta en el número de espirales en cada enrollado. Por ejemplo, si un enrollado de alto voltaje tiene 1000 espirales y está conectado a un circuito de 4160 voltios, en el lado de bajo voltaje el enrollado de 100 espirales proporcionará 416 voltios.
Los transformadores son adquiridos en ocasiones por empresas que están asociadas con las compañías operadoras y prestadoras de servicios.
Al instalar un transformador hay que tomar en cuenta la posición de los terminales y posteriormente la conexión en cada uno de ellos, ya que al no colocar adecuadamente los cables en los terminales podemos generar calentamiento en estos y posteriormente problemas de operación.
A continuación en la Figura 23 podemos observar un transformador simple, el cual reduce la corriente de 4160 v a 416 v.
41
ALTO VOLTAJE
BAJO VOLTAJE
(4160 v)
(416
v)
ALTA
BAJA
CORRIEN
Figura 23. Transformador simple (Centrilift, 2012)
En un autotransformador hay un solo enrollado, una parte va para el alto voltaje y otra a la zona de bajo voltaje. No existe aislamiento entre los dos circuitos.
La corriente alterna de tres fases es producida por generadores que tienen tres enrollados, cada uno de estos ocupa una posición específica, en donde el voltaje producido en cada enrollado se desplaza 120 grados eléctricos del voltaje producido en los otros enrollados; un generador de cuatro polos, por ejemplo, produce dos ciclos o 720 grados eléctricos, para una revolución mecánica del rotor (360 grados).
Existen dos tipos de transformadores: de frecuencia y voltaje variable; y, voltaje variable y frecuencia fija. Los transformadores pueden conectarse en paralelo para duplicar su potencia en KVA.
42
2.4. ALTURA DINÁMICA TOTAL (TDH TOTAL DINAMIC HEAD) Diseñar la cantidad de levantamiento requerido para optimizar la producción de un pozo con un sistema BES es crítico. Cuantitativamente, el levantamiento es discutido en términos de altura, La altura (Cabeza) tiene unidades de longitud, la cabeza es directamente relativa a la presión por la gravedad específica del fluido.
Con bombas centrífugas, el volumen de fluido bombeado es regulado por la presión ó cabeza, que bombean en contra. Cuando un bajo levantamiento es encontrado a la descarga, el volumen bombeado es alto. Así como la cabeza se incrementa, el volumen decrece, hasta que un cierre de energía es alcanzado donde el flujo se detiene.
La cabeza total dinámica (TDH) como vemos en la Figura 24 con que la bomba trabaja en contra en un pozo consiste de tres componentes, como se muestran en el siguiente gráfico a continuación:
El componente de gravedad, el cual es determinado por la distancia vertical (H), en que la bomba debe levantar los fluidos hacia el sistema de superficie.
La fricción en el tubing
La presión de retorno del sistema de producción de superficie.
43
Figura 24. Altura dinámica total (Centrilift, 2012)
La cantidad de levantamiento, o cabeza, pueden ser cambiados adicionando o sustrayendo etapas de la bomba.
La cabeza que proporciona una etapa es una rata dependiente. La curva que describe esta relación es llamada curva de capacidad de cabeza.
El agua, teniendo una gravedad específica de uno, es usada en la prueba.
Una curva de capacidad de cabeza como apreciamos en la Figura25 estará disponible para cada bomba, ofrecida por el fabricante.
44
Figura 25. Curva de capacidad de cabeza (Centrilift, 2012)
45
2.5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS EQUIPOS ELECTRO SUMERGIBLES 2.5.1. VENTAJAS
Altas caudales de flujo logrando 50000 BPD y profundidades de 15000 pies.
El equipo de superficie ocupa pequeños espacios.
Puede ser usado en pozos desviados.
Permite el monitoreo diario de posibles problemas rediciendo al mínimo las fallas a menos que la bomba sufra un atascamiento.
Buena eficiencia de energía, ventajosa si hay acceso a una fuente de energía económica.
2.5.2. DESVENTAJAS
Limitado en temperatura y consecuentemente en la profundidad.
No trabaja bien con bajas ratas de flujo.
La tubería de producción debe ser sacada del pozo en caso de falla del sistema BES lo que implica costos de operación y pérdida de producción.
Baja eficiencia en pozos con altos volúmenes de gas
Sensible a la presencia de sólidos en el pozo. 46
METODOLOGÍA 3.1. PROCEDIMIENTOS PARA EL ARRANQUE Y, RANGOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE EQUIPOS ELECTROSUMERGIBLES. 3.1.1. INTRODUCCIÓN
El cumplimiento de los procedimientos para el control del arranque de los equipos electro sumergibles es de vital importancia para asegurar que el equipo esté operando dentro de sus parámetros de diseño y en consecuencia maximizar su vida útil.
Primero se debe verificar lo siguiente:
Alineamiento.
Dirección de rotación del motor con él acople desconectado.
Lubricación de las chumaceras.
Las bombas lubricadas por aceite no deben ser llenadas con aceite en la fábrica.
Bombas con prensaestopas pueden estar con las tuercas sueltas.
La bomba debe llenarse con líquido. Si existe algún mecanismo de cebadura debe operar antes de arrancar la bomba.
3.1.2 ARRANQUE Y OPERACIÓN
Conectar un manómetro combinado en la succión y un manómetro de presión en la descarga. Conviene instalar válvulas antes del manómetro, entre éste y la perforación de la brida. Los 47
manómetros son necesarios para verificar la correcta operación de la bomba.
Antes de arrancar la bomba y especialmente por primera vez, en caso de chumaceras lubricadas por aceite, con el aceite lubricante frío y la superficie seca, es importante girar el rotor algunas vueltas, a mano, con la bomba llena de agua, operando momentáneamente el interruptor. Así se induce el flujo de aceite lubricante hacia las superficies de las chumaceras.
Cuando la bomba está llena de líquido, la válvula de succión abierta y la unidad totalmente lista, observar el vacío ó presión estática en el manómetro de succión; arrancar el motor y observar que la bomba alcanza su velocidad en forma suave. La bomba debe operarse por corta tiempo con la válvula de descarga cerrada sin recalentamiento o daño.
Si es necesaria una prueba en las condiciones anteriores por mayor tiempo, se debe mantener abierta la válvula de venteo para desalojar aire de la bomba y del sistema.
Cuando se considere que la bomba está en condiciones satisfactorias se procede a ponerla en servicio, cerrando la válvula de venteo y abriendo la válvula de descarga lentamente. En este momento, si la presión en el manómetro de succión se reduce considerablemente respecto a la indicada con la bomba en reposo o si la presión de descarga no registra el momento en que el rotor está en su velocidad de operación o cerca, se debe parar el motor y verificar que la apertura de las válvulas en la succión de la bomba sea la correcta. No operar la bomba hasta estar seguro del suficiente abastecimiento de líquido y de la no-existencia de obstrucciones. 48
En algunas instalaciones después de la operación inicial de arranque, la línea de descarga se llena, y este líquido produce buena cabeza para propósitos de arranque. Es posible en estos casos, una vez cebada la bomba, arrancar con las válvulas de succión y descarga abiertas.
Debemos ser cuidadosos con ciertas partes o dispositivos como lo son: -
Chumaceras: Deben ser observadas con cuidado para detectar señales de calentamiento.
-
Empaquetaduras: Deben ser examinadas para verificar que no estén ocasionando desgaste, corte o rayadura en la camisa del eje.
-
Siempre es permitido un pequeño goteo líquido que salga de la empaquetadura, éste la lubrica evitando que se queme si opera seca. Un goteo de 60 gotas por minuto asegura una lubricación apropiada.
-
Operación a Capacidad Baja: No se debe operar la bomba por períodos largos a baja capacidad debido al calentamiento y a la posibilidad de otros daños. En caso necesario,
se
deberá
instala un
desvío
(by pass)
permanente en la descarga a la succión, de un tamaño igual a 1 / 5 del diámetro de la descarga. Si se aumenta la capacidad de demanda de la bomba, este desvío se debe guardar bien seas en forma manual o automática. -
Tuercas de la empaquetadura sueltas al iniciar: Con presiones de succión bajas, las empaquetaduras deben dejarse flojas en la mayoría de los tipos fabricados, hasta que la bomba este en operación. (Esto permite el flujo libre de líquido por la empaquetadura).
49
-
Parada de la bomba: Normalmente existe una válvula de retención o cheque en la línea de descarga cerca de la bomba. En este caso, la bomba es parada, parando el motor. Luego se cierran las válvulas en el siguiente orden: Descarga, Succión y cualquier otra conexión que llegue a la bomba o al sistema.
Si el flujo es a alta presión, para evitar la producción de choques en líneas y en la bomba, es necesario cerrar primero la válvula de descarga y luego para la bomba.
Las
bombas
centrífugas
pueden
operar
por
largo
tiempo
prácticamente sin atención o supervisión estrecha, distinta a observar la existencia de un ligero goteo por la empaquetadura y que las chumaceras estén lubricadas correctamente.
3.1.3. DETALLES DE ARRANQUE Y OPERACIÓN
1. Los mecanismos de lubricación de la bomba deben asegurar un suministro continuo de lubricante limpio y seco durante todo el tiempo que la bomba esté en servicio.
2. Si los rodamientos usan grasa en vez de aceite, los accesorios de la grasa deben engrasarse rutinariamente. No se deben sobre engrasar los rodamientos.
3. La temperatura del equipo de bombeo puede aumentar bien sea por el proceso o por la fricción. Las partes que no puedan tolerar aumentos de la temperatura, se deben proteger con sistemas de enfriamiento.
50
4. Si la bomba maneja líquido caliente, la caja de empaques de ordinario se enfría para prevenir daños en el empaque.
5. La superficie de los sellos mecánicos se deben enfriar. 6. La carcasa de los rodamientos puede enfriarse para mantener las luces adecuadas en los rodamientos. Si un rodamiento se sobrecalienta, se expande y se pega al eje.
7. Las bases de la bomba pueden enfriarse para mantener la alineación entre la bomba y el motor.
8. Antes de arrancar la bomba deben chequearse los sistemas completas de enfriamiento y calentamiento.
9. Una bomba que maneje líquidos calientes, debe calentarse antes de arrancarse para prevenir daños por expansiones desiguales en las partes. Las expansiones desiguales pueden permitir el contacto entre las partes estacionarias y las móviles.
10. La bomba debe calentarse gradualmente, circulando lentamente líquido caliente a través de ella.
11. Después de chequearse la lubricación del motor, si el eje de la bomba es accesible, se debe girar con la mano para ver si este listo para girar.
12.
Cuando
un motor sé
reacondiciona
o
se
instala
nuevamente para servicio, debe chequearse la dirección de la rotación de su eje antes de acoplar la bomba.
13. Las válvulas deben colocarse adecuadamente, para evitar bombeo a un sitio equivocado. 51
14. Cuando sea práctico, se arranca la bomba con la descarga cerrada o casi cerrada. Cerrando la válvula de descarga, la tasa de bombeo disminuye. 15. Los requerimientos de potencia disminuyen al disminuir la tasa de bombeo y es menos probable que el motor se sobrecargue.
16. A bajas tasas, es menos probable que la bomba pierda succión.
17. Si la válvula de succión se cierra, no puede entrar ningún líquido a la bomba. La bomba se arranca con la válvula de succión abierta.
18. Una bomba centrífuga se arranca con la válvula de descarga cerrada; la válvula de succión está siempre abierta.
19. Una bomba auxiliar con dispositivo automático de arranque, debe mantenerse con las válvulas tanto de succión como de descarga abiertas.
20. Las bombas centrífugas nunca deben arrancar vacías porque se sobrecalientan. Antes de arrancarse, las bombas se ceban llenando la carcasa con líquido.
21. La línea de succión de la bomba, debe estar siempre llena de líquido.
22. La línea de succión está de ordinario provista de válvulas de venteo en los puntos altos, por las cuales se puede ventear el vapor. 52
23. Con el motor funcionando adecuadamente la bomba está lista para arrancar así: Todos los venteos y drenajes están cerrados, se han chequeado todos los sistemas de lubricación y enfriamiento; las líneas de calentamiento con vapor están funcionando; las válvulas de succión y descarga están en la posición adecuada; la bomba está cebada.
24. Se arranca la bomba.
25. Cuando la bomba alcanza su velocidad, la válvula de descarga se abre nuevamente.
26. Si la presión de descarga permanece normal y estable, la bomba ha tomado succión y opera como debe.
27. El líquido puede vaporizarse y la bomba pierde succión. Si la bomba opera por algún tiempo con la válvula de descarga cerrada, se puede sobrecalentar.
28. Si la presión de descarga no sube o si sube y luego cae otra vez, la bomba probablemente ha perdido su succión.
29. Si la bomba pierde su cebo, debe apagarse y cebarse de nuevo.
30. Se debe chequear la bomba para que no haya escapes en la carcasa, caja de empaques, bridas y venteos. El prensaempaques se chequea para ver que el escape sea suficiente para la lubricación, no excesivo.
53
31. La temperatura del empaque y del rodamiento se chequea de ordinario. Un aumento de temperatura puede ser indicio de una lubricación o enfriamiento deficientes o probablemente mecánicos.
32. Se debe chequear el acople para ver que el lubricante no este escapando.
33. Si se detectan ruidos anormales, debe determinarse de inmediato la causa.
34. Puede ser necesario corregir las condiciones de bombeo. Si el problema mecánico es la bomba debe apagarse.
35. Se apaga la bomba cuando debe ponerse fuera de servicio.
36. Las válvulas de succión y de descarga se cierran y todo el líquido se drena desde la bomba a un sitio seguro.
37. Se ponen fuera de servicio los sistemas de lubricación y de enfriamiento. Si hay posibilidades de congelación, debe drenarse toda el agua del sistema de enfriamiento.
38. Si se drena la bomba completamente, se cierran las válvulas de succión y de descarga muy bien.
39. Las líneas de vapor de calentamiento se dejan prendidas o apagadas, dependiendo de la situación de operación.
40. Si se van a efectuar trabajos en la bomba, en el sitio en que está colocada, se deben poner ciegos en las líneas de proceso.
54
41. Si la bomba se va a lavar a reparar, se purga o se lava, se desconecta de la base y se instalan ciegos en las líneas de proceso.
42. Los vapores o líquidos peligrosos se purgan de la bomba con un material inerte.
43. Si una bomba se instala como auxiliar o repuesto, se puede dejar operando los sistemas de enfriamiento y lavado, y abiertas las válvulas de succión y descarga; la bomba está lista para arrancar u operar.
44. Una válvula cheque en la línea de descarga, impide el contra-flujo de líquido hacia la Bomba Auxiliar.
45. Durante la apagada la válvula cheque debe cerrar automáticamente. Si el líquido escapa a través de la bomba auxiliar, el sistema de bombeo pierde capacidad.
Las curvas características de cada bomba están descritas por un conjunto de coeficientes de ecuaciones polinómicas. Estos coeficientes pueden ser utilizados para determinar altura, potencia o eficiencia a cualquier caudal de cada tipo de bomba. La curva de una bomba, en los catálogos está trazada para una etapa a 50hz o 60 Hz, utilizando agua (Sp.Gr=1) como fluido de ensayo.
El eje Y, lado izquierdo representa la altura de elevación (Head), mientras que el lado derecho representa la potencia consumida y la eficiencia del sistema.
El eje X representa en m3/d el caudal de cada etapa.
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Tres son las curvas características:
Altura de Elevación.
Potencia Consumida.
Eficiencia del Sistema.
La curva de Altura de Elevación (Head): Es la capacidad de elevación de cada etapa en función del caudal, correspondiendo el valor máximo para caudal cero (válvula cerrada).
La curva de Consumo (HP): Nos indica los HP que requiere cada etapa en función del caudal producido.
La curva de Eficiencia (EF): Nos da un porcentaje de cuán eficiente es la transformación de la energía mecánica en energía hidráulica, en función del caudal, para cada etapa.
También se encuentran las curvas de bombas a velocidad variable, es decir frecuencia variable. En ella está representada la performance de una etapa a distintas frecuencias de funcionamiento.
A continuación se muestra las curvas características de algunos modelos de bombas utilizados para la producción de bajos caudales:
56
A continuación en la Figura 26 observamos los Modelos de Bombas Utilizadas para Bajos Caudales.
Figura 26. Modelos De Bombas Utilizadas Para Bajos Caudales (Baker Hughes, 2012)
57
A continuación en la Figura 27 observamos los Modelos de Bombas Utilizadas para Bajos Caudales, con diferentes HP y diferente Frecuencia.
Figura 27. Modelos De Bombas Utilizadas Para Bajos Caudales (Baker Hughes, 2012)
58
En la Figura 28 observamos los Rangos de Operación Recomendados, de acuerdo al caudal y a la altura donde se encuentra el fluido.
Figura 28. Rangos De Operación Recomendados (Baker Hughes, 2012)
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3.2. MANTENIMIENTO ELECTROSUMERGIBLES
DE
EQUIPOS
Durante la operación del equipo BES pueden ocurrir diversos problemas y que pueden impactar negativamente en los costos y rentabilidad del proyecto BES, si es que no se identifican o no se realizan las medidas preventivas del caso para evitar las fallas prematuras ocasionando cuantiosas pérdidas y en algunos casos cancelación de proyectos BES. El objetivo principal consiste en la detección de fallos en fase inicial para solucionarlos de inmediato, si es posible, o en el momento oportuno si no lo es. Estas inspecciones contemplan las siguientes tareas sobre la bomba:
Inspección visual para detectar fugas en tuberías.
Inspección visual para la detección de fugas en el sello del eje (reapriete de empaquetadura si es posible).
Inspección del nivel de aceite en el cuerpo de rodamientos.
Medida de temperatura en el cuerpo de rodamientos y motor.
Inspección de ruidos y vibraciones excesivas en el cuerpo de rodamientos, en el acoplamiento de la bomba y en el motor de accionamiento.
Comprobar el correcto caudal del agua de refrigeración al sello del eje, si existiese.
Inspección visual del correcto estado general de conexiones eléctricas.
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Estas inspecciones rutinarias generan una serie de órdenes de trabajo a realizar sobre el equipo, que llegarán al departamento correspondiente a través del software GMAO y que se convertirán en el histórico de intervenciones sobre la bomba en concreto. Pueden generarse trabajos a realizar con la instalación en marcha, en caso de que pueda pararse el equipo (llenando tinas, realizando un bypass, etc.) o trabajos que serán programados durante la siguiente parada de la instalación.
Las ventajas de realizar estas rutas de inspección sobre las bombas centrífugas de fábrica son las mismas que las generadas por un mantenimiento preventivo sobre otros tipos de equipos, a saber:
Confianza, se conoce el estado y funcionamiento de las bombas.
Disminución del tiempo de parada por fallo mecánico de la bomba.
Mayor duración del equipo y la instalación.
Ajuste de existencias de repuestos en almacén (sólo críticos y de mayor consumo).
Programación de trabajos a realizar en marcha y parada, uniformidad de la carga de trabajo.
Bajo coste de reparación de bombas.
Los trabajos correctivos más comunes que se realizan sobre una bomba centrífuga por parte del departamento de mantenimiento mecánico son la reparación de fugas tanto en bridas como en tuberías de aspiración e impulsión, aperturas de la bomba para extracción de elementos que producen atascos, cambio de impulsores por desgaste, cambio del cuerpo
61
de rodamientos, cambio del cierre mecánico y dinámico, empaquetado del eje y cambio del acoplamiento por deterioro.
Es esencial que la bomba se instale de acuerdo a unos protocolos de montaje estrictos y siempre siguiendo las instrucciones del fabricante.
Se deberán tener muy en cuenta las tensiones máximas transmitidas a las bridas de aspiración e impulsión, por ello es esencial que las tuberías estén correctamente montadas para no sobrepasar los límites de carga indicados en las tablas del fabricante y, además, facilitar el mantenimiento posterior. Igualmente es importante, a la hora del montaje, rellenar un formato de alineación del motor y bomba y archivarlo para tener un control del estado del equipo en su primera puesta en marcha.
3.2.1. PROGRAMACIÓN DEL MANTENIMIENTO
El mantenimiento programado lo podemos dividir en dos partes:
Mantenimiento preventivo.
Mantenimiento predictivo.
Ambos sistemas están basados en revisiones periódicas programadas a los equipos pero se diferencian fundamentalmente en los medios que se utilizan para las revisiones y en las frecuencias de éstas. Mientras el mantenimiento preventivo elabora una orden de trabajo para que una bomba hidráulica se saque de servicio, se desacople, se desarme, se examinen rodamientos, el eje, el impulsor, los anillos de desgaste, la carcasa, el acople, etc., como una revisión anual; el mantenimiento predictivo saca una orden bimestral ordenando observar la bomba en operaciones normales, comprobar la temperatura de los rodamientos, tanto en la bomba como en el motor, hacer un análisis de vibraciones en cada apoyo de los elementos en rotación ( de este análisis se obtiene el 62
estado de los rodamientos, el alineamiento del eje, el posible desbalanceo del impulsor debido a desgastes internos, posibles torceduras en el eje de la bomba ), observar el desempeño de la bomba con respecto a la curva de rendimiento y caballaje, y observar si existen posibles fugas, para ello se saca la bomba de servicio media hora, se drena y se hace la medición con
un
equipo
ultrasonido,
pudiéndose
reanudar
la
operación
inmediatamente.
Del análisis de las revisiones efectuadas se toma la decisión, si es el caso, de programar una reparación del equipo, la cual incluiría el posible cambio de las partes que el análisis haya mostrado como defectuosas. En el mantenimiento preventivo es frecuente que en la misma revisión se tome la decisión de cambiar estos elementos y no sea necesario programar una posterior reparación. Los dos métodos tienen sus ventajas y desventajas, veamos.
3.2.1.1. Mantenimiento Preventivo
Frecuentemente no necesita programación.
No necesita equipos especiales de inspección.
Menos costoso de implementar.
Da menos continuidad en la operación.
Menos confiabilidad (aunque es alta).
Más costoso por mayor mano de obra.
Más costoso por uso de repuestos.
3.2.1.2. Mantenimiento Predictivo
Siempre que hay un daño necesita programación.
Necesita equipos especiales y costosos.
Necesita personal más calificado.
Costosa su implementación. 63
Da más continuidad en la operación.
Más confiabilidad.
Requiere menos personal.
Los repuestos duran más.
64
ANÁLISIS DE RESULTADOS. 4.1. EJEMPLO DE UN DISEÑO Se dispone de un pozo productor de la siguiente características detallado a continuación y que se ha decidido completar con levantamiento artificial eléctrico, por lo que se ha optado en simular el dimensionamiento de equipos con un programa (software) computarizado.
Datos:
Pozo = Anaconda 2 Ps
= 3215 psi
Pwf1 = 1800 psi Q1
= 916 bfpd
SGg = 0.8 ºAPI = 28.1 GSW = 1.03 Temperatura de fondo del pozo BHT = 220ºF Temperatura del fluido en el cabezal = 120ºF GOR = 277scf/Bl BS&W = 10% Profundididad de las perforaciones = 9798 ft Casing = 9 5/8” Tubing = 2 7/8”
65
4.1.1. DESARROLLO DEL PROGRAMA
4.1.1.1.Menú Principal En la Figura 29 observamos todo el Menú y la Información del Pozo que ingresamos en el programa para poder realizar el diseño BES
Figura 29. Información general del pozo (Centrilift, 2012)
66
Tabla 1. Traducción del Menú Principal del Software para Diseño de un Sistema BES.
1. Cálculo del IPR – IP
A. Costo del cable de poder
2. Cálculo del Gas Libre
B. Costo de la bomba
3. Pérdida de Fricción
en la
C. Dimensiones de los cables y de
Tubería
las tuberías API
4. Presión de Flujo
D. Cálculo del espacio libre del cable
5. Cálculo de la TDH en la Bomba
F. Datos del IP/IPR
6. Catalogo para calcular la curva
G. Curva de la bomba/IP/IPR
de la bomba 7. Motor HP, RPM, y AMPS
H. Cálculo del fluido sobre la bomba
8. Velocidad del fluido por el motor
I. Cálculo del Factor – Z
9. Temperatura de la bomba y el
J. Cálculo del nivel de fluido
motor 10. Temperatura del cable
K. Información del programa
Fuente: Baker Hughes, 2013
67
A continuación en la Figura 30 vemos Las Correlaciones que vamos a utilizar en el programa.
Figura 30. Correlaciones para predicción de Flujo. (Centrilift, 2012)
Figura 31. Ingreso de Datos del Pozo. (Centrilift, 2012) 68
En la Figura 32 podemos observar los Criterios para el dimensionamiento, además tenemos la proyección a un año, datos que nos servirán para determinar la vida útil del pozo.
Figura 32. Criterios para el dimensionamiento (Centrilift, 2012)
69
Como podemos ver a continuación en la Figura 33, la Descripción del Sistema y Proyección a un Año, nos da información detallada del sistema ya seleccionado.
Figura 33. Descripción Del Sistema Y Proyección A Un Año (Centrilift, 2012)
70
En la Figura 34 vemos la Descripción del Sistema y Proyección a un Año, utilizando una bomba se serie 400 y de 330 etapas.
Figura 34. Descripción del sistema y proyección a un año (Centrilift, 2012)
71
A continuación en la Figura 35 vemos la Descripción del Equipo de Superficie que vamos a utilizar en este pozo.
Figura 35. Descripción del equipo de superficie (Centrilift, 2012)
72
En la Figura 36 a continuación podemos observar un Resúmen y Criterio de Selección del equipo a ser instalado en el pozo Anaconda 2
Figura 36. Resumen Y Criterio De Selección Del Equipo Bes (Centrilift 2012)
73
A continuación en la Figura 37 observamos La Curva de la Bomba para el Caso Base con una rata de 2800 BPD a una frecuencia de 60 Hz
Figura 37. Curva De La Bomba Caso Base (Centrilift, 2012)
74
Como podemos observar en la Figura 38, la proyección a un año
la
frecuencia disminuye a 50Hz, con una rata de 1000 BPD.
Figura 38. Curva De La Bomba – Proyección A Un Año (Centrilift, 2012)
75
En la Figura 39 observamos el comportamiento que tiene la bomba a diferentes ratas de producción
Figura 39. Curva Y Comportamiento De La Bomba (Centrilift, 2012)
76
El comportamiento del motor como se observa en la Figura 40, es idéntico al comportamiento de la bomba, ya que estos dos van de la mano para que este sistema alcance las expectativas del cliente.
Figura 40. Comportamiento Del Motor (Centrilift, 2012)
77
Al pasar el tiempo como todo equipo, la bomba electrosumergible pierde sus propiedades de funcionamiento, como nos indica la Figura 41 a continuación.
Figura 41. Comportamiento Del Motor - Proyección A Un Año (Centrilift, 2012)
78
4.1.2. DIMENSIONES DE LOS CABLES
Este programa como vemos en la Figura 42 calcula el espacio entre el cable de poder, el tubing y el casing o tubería de revestimiento. Los cálculos son del Manual de Reda. Para espacios menores a 0.5, deben ser utilizados con mucho cuidado.
Figura 42. Dimensiones De Cables (Baker Hughes, 2012)
79
En la Figura 43 podemos observar el dimensionamiento de los cables que vamos a utilizar en este diseño BES.
Figura 43. Dimensiones De Los Cables Centrilift En Pulgadas Nominales (Baker Hughes, 2012)
80
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 5.1 CONCLUSIONES:
Para el diseño de las bombas electro sumergible, se escogieron los equipos de Baker Centrilift por la amplia aplicación que esta tiene en el campo y disponer de suficiente información técnica. Los programas de diseño corresponden a la compañía BES.
Un sistema de bombeo electro sumergible puede operar bajo dos modalidades, así: con frecuencia fija de 60Hz o con frecuencia variable de acuerdo a las necesidades de producción.
La operación de las bombas electro sumergible con variadores de frecuencia, nos permite optimizar la producción del pozo incluso cuando haya una declinación estimada.
En el momento de arranque de un motor de una BES, hay una demanda de corriente transitoria pero significante que normalmente es de alrededor es 5 veces el valor de la corriente de operación del motor. Esta incluso podría ser tan grande como 8 veces (o más) en los pozos profundos. Esta corriente transitoria es necesaria para magnetizar las laminaciones del motor, carga el cable, etc. Pero no hay forma de eliminar esto, excepto que se utilice un arrancador VSC para un arranque suave.
Debe considerarse el uso de centralizadores para ayudar en la entrada del colgador (liner)
81
Debe
usarse protectores de cable plano para evitar posibles
daños en el cable del motor.
Debe considerarse protectores de cable del tipo " acople" para la tubería debajo del colgador y proteger el cable de potencia.
A pesar de que el gas libre tendrá un poco de densidad el efecto se puede ignorar en la gradiente total del dimensionamiento.
Si la productividad del pozo tiende a la baja y se decide realizar un trabajo de reacondicionamiento del pozo, sería una muy buena idea revisar el índice de productividad esperado, en lugar de reemplazar el equipo por otro de similar tamaño. Un trabajo de reacondicionamiento incrementa la productividad del pozo y se podría obtener una tasa superior a la original (con la primera bomba). Si esto ocurre será necesario rediseñar el equipo ya que probablemente se deba utilizar una bomba de mayor volumen y/o algunas etapas más o menos según el caso.
Colocar el sello del fleje en el espacio entre el cable y la tubería y presionar para sellar lentamente para evitar que las esquinas del fleje se inserten en el cable dañándolo, generalmente se usa 2 flejes por tubo. Esto dependerá del tipo de cable a instalar y de la profundidad a la que ha de asentarse la bomba. Siempre se debe colocar el cable en línea recta sobre el tubo y no debe permitirse que el cable se enrosque en la tubería.
Cuando se trabaje cerca de la caja de conexiones siempre hay que asegurarse de que la energía ha sido suspendida anteriormente. La única excepción a esto es cuando se están realizando mediciones de amperaje y voltaje después de haber arrancado el equipo. 82
5.2 RECOMENDACIONES:
Aunque el equipo BES haya sido correctamente diseñado una instalación incorrecta seguramente causará una falla. Una apropiada instalación y manejo de los equipos serán determinante en el futuro de la operación.
Las compañías de producción deben adoptar prácticas que sean compatibles con sus procedimientos normales y que a la vez permitan realizar un buen trabajo con unidades BES que finalmente se reanudará en beneficio de la propia operación.
Una vez que las cajas están ubicadas y abiertas es una buena idea controlar todos los equipos de subsuelo contra las notas de entrega y también contra la cotización para asegurar que se ha recibido el equipo correcto.
Verificar el tipo de colgador de tubería, las dimensiones y peso del revestidor, dimensiones de la tubería de producción y el sistema de conectores para el cabezal del pozo
Antes de instalar la unidad es necesario controlar el cable. El aislamiento del cable debe ser de alrededor de infinito para mediciones entre fases y de cada una de ellas con respecto a tierra; para ello es necesario quitar la tapa del MLE y medir.
Las puntas del cable en el otro extremo deben estar limpias, secas y espaciadas unas de otras y todas alejadas del cuerpo del carrete 83
GLOSARIO DE TÉRMINOS
Aislamiento
Sistema o dispositivo que impide la transmisión de la electricidad, el calor, el sonido.
Adaptadores
Dispositivo que sirve para acomodar elementos o herramientas de distinto uso.
BES
Bombeo electrosumergible.
Bomba Centrifuga
Equipo utilizado para levantar fluidos de alta viscosidad.
BPD
Barriles por día.
Chumacera
Pieza de metal o madera con una muesca en la cual gira cualquier eje de una máquina.
Ciclo
Periodo de tiempo o cierto número de años que, acabados, se vuelven a contar de nuevo.
Conductor
Cuerpo que se encarga de conducir el calor o la electricidad.
Corriente
Magnitud física que expresa la cantidad de corriente que fluye por un conductor en la unidad de tiempo.
Corrosión
Destrucción paulatina de los cuerpos metálicos por acción de agentes externos.
GOR
Relación Gas Petróleo
84
HP (Horse Power)
Caballos de fuerza
IP
Índice de Productividad
Lower Tándem
Bombas que tienen incorporado un intake integral en la base.
Manómetro
Instrumento cuya función es medir y dar lectura de presión.
Presión
Magnitud física que expresa la fuerza ejercida por un cuerpo sobre la unidad de superficie.
RPM
Revoluciones Por Minuto
TDH (Total Dinamic Head)
Altura Dinámica Total.
Transformador
Equipo eléctrico utilizado para convertir corriente alterna de alta tensión y débil intensidad en otra de baja tensión y gran intensidad o viceversa.
Single
Configuración de una bomba con conexiones bridadas, las cuales permiten ciertos números de secciones para ser conectadas.
Voltaje
Cantidad de voltios que actúan en un sistema eléctrico.
VSD (Variable Speed Drive)
Controlador de Velocidad Variable.
Well Head
Cabezal del Pozo.
85
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ANEXO 1 TÍPICO EQUIPO ELECTROSUMERGIBLE.
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ANEXO 2 CAPACIDADES Y RANGOS DE OPERACIÓN
90
ANEXO 3 TIPOS DE CABLE
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ANEXO 4 COMPLETACIÓN DEL POZO DE APLICACIÓN
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