RAUL EDUARDO MADARIAGAMANUEL ALEJANDRO MENESES JOSE VARGAS BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET- TIPO PISTÓN AGENDA 1. INTRODUCCIÓN 2. PRINCIPIOS FÍSICOS DEL BOMBEO HIDRÁULICO • TIPO PISTÓN • TIPO JET • INSTALACIONES DE SUPERFICIE 3. MODELAMIENTO MATEMÁTICO DEL PRINCIPIO FÍSICO 4. DISEÑO «ANÁLISIS DEL PROYECTO B.H TIPO JET» 5. EJEMPLO DE DISEÑO 6. ANÁLISIS FINANCIERO 7. CRITERIOS PARA LA EVALUACIÓN ECONÓMICA 8. HIPÓTESIS DEL ANÁLISIS ECONÓMICO 9. ANÁLISIS FINANCIERO 10. CONCLUSIONES 11. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS INTRODUCCIÓN La forma más viable y económica de poner a producir un pozo de petróleo y/o gas pozo es por flujo natural. A medida que la producción del pozo declina se hace necesario instalar Sistemas de Levantamiento Artificial (SLA). Fuente: Editado de http://www.sertecpet.com.ec • 1932 Primera bomba hidráulica de fondo instalada. Establecido como Kobe, Inc. Por C.J. Coberly • 1972 Kobe, Inc. Corre la primera Bomba jet para producir pozos petroleros. • 1984 Kobe, Inc, es comprado por Trico Industries, manofacturera de varillas de Bombeo y varillas de bombas de fondo. • 2001 Wearherford Artificial Lift Systems es comprada por Guiberson hydraulic pump product line de Halliburton. EVOLUCION DEL BOMBEO HIDRULICO 1653 “La presión ejercida sobre la superficie de un fluido se transmite con igual intensidaden todas las direcciones” PRINCIPIO Se basa en Así se trasmite presión desde un equipo de bombeo centralizado o individual en la superficie a través de una tubería llena de líquido, hasta cualquier número de pozos petroleros. Este fluido conocido como fluido de potencia o fluido motor, es utilizado por una bomba de subsuelo que actúa como un transformador para convertir la energía de dicho fluido a energía potencial o de presión en el fluido producido que es enviado hacia la superficie. COMPONENTES EQUIPO DE SUPERFICIE COMPONENTES EQUIPO DE FONDO BOMBEO HIDRÁULICO TIPO PISTÓN El sistema de bombeo hidráulico tipo pistón es un sistema reciprocante, es decir, que succiona y expulsa el fluido alternadamente, el cual es forzado a salir de un par de cilindros por la acción de cada uno de los pistones. F u e n t e : T e s i s “ E v a l u a c i ó n t é c n i c a d e l a s e s t r a t e g i a s d e l e v a n t a m i e n t o a r t i f i c i a l i m p l e m e n t a d a s e n c a m p o s m a d u r o s . D i s e ñ o d e u n a h e r r a m i e n t a s o f t w a r e d e s e l e c c i ó n ” S e c c i ó n 2 . 2 . 5 . B o m b e o H i d r á u l i c o t i p o P i s t ó n . BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET Es uno de los SLA más sencillos, está compuesto por una bomba Jet. Fuente: Editada de «Conceptos Teóricos Jet Pump» http://www.oilproduction.net El fluido motriz es bombeado hacia la boquilla. Al atravesar la garganta se produce un chorro de alta velocidad alta velocidad. El fluido entra al difusor punto en el cual se mezcla con el fluido de producción. Se produce una transferencia de impulso entre la mezcla, lo que causa que sean transportada a superficie. F u e n t e : M o d i f i c a d o d e H o u s e , J u a n . V i l l a c r e c e s , R i c a r d o . “ E s t u d i o p a r a l a I m p l e m e n t a c i ó n d e l S e r v i c i o d e B o m b e o H i d r á u l i c o T i p o J e t d e l a C o m p a ñ í a E c u a p e t C Í A . L T D A . E n P e t r o p r o d u c c i ó n ” . E s c u e l a P o l i t e c n i c a N a c i o n a l . Q u i t o J u l i o d e 2 0 1 0 . BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET INSTALACIONES DE SUPERFICIE DEL BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET Tanque de almacenamiento del fluido motriz o de potencia: Sistema de tanque al cual retorna el fluido motriz mezclado con el de producción. Máquina Motriz Fuente de potencia del sistema. Bomba de Superficie Puede ser una bomba triplex o multiplex de alta presión, diseñada para manejar altos caballos de fuerza. F u e n t e : W e a t h e r f o r d F u e n t e : h t t p : / / w w w . j e r e h e . c o m / s p a i n / p r o d u c t s / 1 0 0 7 2 2 1 0 1 8 3 3 6 5 . s h t m Estación de control de inyección: Reguladores para control individual de presión y caudal. Líneas de Conducción: Diseñadas para soportar altas presiones y temperaturas de operación. INSTALACIONES DE SUPERFICIE DEL BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET Fuente: Editado de Weatherford MODELAMIENTO MATEMÁTICO DEL PRINCIPIO FÍSICO • Los fabricantes de bombas Jet ofrecen gran variedad de tamaños de boquillas y gargantas. F u e n t e : E d i t a d a d e H y d r a u l i c J e t P u m p P e r f o r m a n c e , L u i s G o m e z , P H D • Tasa de flujo en la boquilla (BPD): = 832 − • Razón adimensional de áreas: = • AN: Área de la boquilla. • PN: Presión en la boquilla. • PPS: Presión de succión. • GN: Gradiente de presión. • AN: Área de la boquilla. • AT: Área de la garganta. MODELAMIENTO MATEMÁTICO DEL PRINCIPIO FÍSICO • Razón adimensional de flujo másico: = • Razón adimensional de presión: = ( − ) ( − ) • Eficiencia: = ∗ = − − • Área mínima para evitar cavitación . = 691 • Ver Ejemplo de Curvas de Comportamiento Adimensional para Bombas Jet (Fabricante Parker CO) → • Qs: Tasa de flujo de la producción. • Gs: Gradiente de presión. • PD: Presión de descarga. • Qs: Tasa de flujo de la producción. • PPS: Presión de succión. • Gs: Gradiente de presión. MODELAMIENTO MATEMÁTICO DEL PRINCIPIO FÍSICO MODELAMIENTO MATEMÁTICO DEL PRINCIPIO FÍSICO • Así mismo se proporciono una correlación empírica para el factor volumétrico total de formación; sustituyendo en la ecuación anterior se tiene: = 1 +2.8 1.2 1 − + • El área mínima para evitar la cavitación considerando la presencia de gas es: = 1 691 + 1 − 24650 DISEÑO FUENTE: CURSO DE BOMBEO HIDRAULICO TIPO PISTON JET ELABORACION: Weatherford Para la realización de un diseño de una bomba hidráulica se debe tener en cuenta los siguientes aspectos: 1. Decidir qué tipo de fluido motriz se empleará: petróleo o agua. 2. Escoger el mejor arreglo de tuberías, tanto de inyección, producción y descarga. 3. Seleccionar la mejor bomba de fondo que encaje en la tubería de producción, y sea capaz de cumplir con los requerimientos del pozo. 4. Elegir si se utilizará una planta central de inyección para todos los pozos, o se aplicará un sistema de inyección individual. 5. Escoger la mejor bomba superficial para la inyección de fluido motriz. 6. Seleccionar la unidad de procesamiento de fluido motriz más adecuada. 7. Relación P/E DISEÑO El ejemplo plantea la prestación del servicio de bombeo hidráulico tipo jet ANALISIS DEL PROYECTO DE BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET PROCEDIMIENTO BÁSICO Y EJEMPLO DE DISEÑO (TIPO JET) Datos de pozo : • Casing = 7” , 35 lb/ft • Tubería de inyección = 2 3/8”, ID 1.995” • Tubería de retorno = Anular Casing – Tubing • Profundidad de asentamiento de la bomba = 5500 – 5000 ft • Pr = 1540 psi, qmax = 1370 bpd • Temperatura de fondo = 130 °F • Temperatura de superficie = 90 °F Datos de producción • Presión de separador = 100 psi • Líneas de flujo = 200 ft, 4”, Sch 40 • Rata de producción deseada = 500 bpd Características de fluido y PVT • Gravedad especifica del petróleo = 0.82 • Gravedad especifica del agua = 1.03 • Gravedad especifica del gas = 0.75 • Viscosidad del petróleo = 2.5 cst • Viscosidad del agua = 0.65 cst • Presión de burbuja = 1600 psi • Corte de agua = 30% • GOR= 150 scf/Bbl SOLUCIÓN 1. Construir la curva de afluencia de fluidos de la formación. La siguiente figura muestra la curva IPR para el ejemplo. FIGURA 1.11 CURVA IPR PARA EL EJEMPLO DE DISEÑO FUENTE: Los Autores 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 500 1000 1500 P w f ( p s i a ) Qo (BPD) Curva IPR SOLUCIÓN 2. Determinar el gradiente de presión del fluido producido (succión) del fluido motriz. 3. Determinar la mínima área anular de la succión para evitar la cavitación SOLUCIÓN 4. Seleccionar de los varios fabricantes una boquilla y una garganta cuyo valor de área anular de la garganta sea mayor o igual al calculado en el paso 3. Para este caso se elige la boquilla 7 de National (0.0169). Con boquilla 7 y garganta 7 conseguimos una relación de área (0.0103/0.0271) igual a 0.4. SOLUCIÓN 5. Escoger un valor para la presión superficial de inyección. Usualmente se escogen valores entre 2000 y 4000 psi; para pozos profundos. Para el ejemplo se escoge el de 2500psi. 6. Calcular la presión y el caudal en la boquilla 7. Caudal de descarga de la mezcla de fluidos. SOLUCIÓN . Corte de agua de la descarga . GOR de la descarga . Viscosidad de la mezcla en la descarga SOLUCIÓN 8. Calcular la presión de descarga 9. Calcular la razón adimensional de presiones El cálculo se realiza usando las propiedades de la descarga y cualquier correlación de flujo multifàsico: Pd= 1780 usando Hagedon and Brown 10. Calcular la razón adimensional de flujo másico SOLUCIÓN 1.04 0.317 SOLUCIÓN 11. Verificar el valor de la razón de flujo másico. M=1.04 para R=0.25, M=0.789 del paso 10 12. Regresar al paso 7 Luego de tres iteraciones se consigue: M=1.10 para R=0.25 y Qs=678BPD SOLUCIÓN 13. Calcular el área de la garganta y seleccionar el tamaño correcto • Usar las tablas de tamaños de boquilla y garganta del fabricante seleccionado. • Escoger la garganta cuya área sea más cercana al área calculada. Por lo anterior, se selecciona la garganta No. 9 (Bomba 7C) SOLUCIÓN 14. Determinar la tasa de flujo límite para evitar la cavitación. 15. Calcular el caballaje requerido en superficie para la bomba multiplex. • Se asume un 90% de eficiencia para la bomba triplex. • Seleccione una bomba triplex o multiplex con una potencia igual o mayor a la potencia requerida. SOLUCIÓN 16. Repetir el procedimiento para diferentes presiones y tasas de producción. • Mantener los mismos valores de geometría de la bomba. • Trazar los valores de presiones y tasas de producción, a la presión constante de inyección. • Si el punto de diseño, no es el punto de intersección entre las curvas de entrada y salida de flujo, repetir el procedimiento desde el paso 3 cambiando la presión de inyección. SOLUCIÓN FUENTE: HYDRAULIC JET PUMP PERFORMANCE, LUIS GOMEZ, PHD ANALISIS FINANCIERO El objetivo de la evaluación económica del presente estudio es determinar si el proyecto es viable o no y cuál es el beneficio económico que generará el. CONSIDERACIONES DEL ANÁLISIS ECONÓMICO 1. Se estima una tasa de actualización mensual 1,46%. 2. Lifting Cost $ US 28,5 / Bbl. 3. Regalías 20% 4. No intervienen los impuestos fiscales 5. No se considera devaluación monetaria durante los dos años de duración del proyecto. 6. El precio de venta es de $ US 60 7. Inversiones $ US 450.000 MES QlBPD QoBPD QwBPD GANANCIAS$US/Bbl LCo$US/Bbl LCw$US/Bbl 1 500 350 150 $638.610,0 $210.000,0 $2.700,0 2 491 344 147 $627.493,9 $206.344,6 $2.653,0 3 487 341 146 $622.008,6 $204.540,8 $2.629,8 4 483 338 145 $616.571,3 $202.752,8 $2.606,8 5 479 335 144 $611.181,5 $200.980,4 $2.584,0 6 474 332 142 $605.838,8 $199.223,5 $2.561,4 7 470 329 141 $600.542,8 $197.482,0 $2.539,1 8 466 326 140 $595.293,1 $195.755,7 $2.516,9 9 462 323 139 $590.089,3 $194.044,5 $2.494,9 10 458 321 137 $584.931,0 $192.348,2 $2.473,0 11 454 318 136 $579.817,8 $190.666,8 $2.451,4 12 450 315 135 $574.749,3 $189.000,1 $2.430,0 $7.247.127,5 $2.383.139,6 $30.640,4 GANANCIAS 7.247.127,50 REGALIAS 1.449.425,50 COSTOS DE PRODUCCION 2.413.780,00 EQUIPOS 450.000,00 RENTABILIDAD 2.856.120,00 EVALUACION FINANCIERA MES QoBPD INGRESOS EGRESOS 1 350 720.000,00 557.700,00 2 344 707.467,20 208.997,59 3 341 701.282,80 207.170,62 4 338 695.152,50 205.359,63 5 335 689.075,80 203.564,46 6 332 683.052,20 201.784,99 7 329 677.081,20 200.021,07 8 326 671.162,50 198.272,57 9 323 665.295,40 196.539,36 10 321 659.479,70 194.821,30 11 318 653.714,80 193.118,26 12 315 648.000,30 191.430,10 8.170.764,40 2.758.779,95 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 MES INGRESOS EGRESOS Fuente: los autores. EVALUACION FINANCIERA Interés 12% Inversiones $450.000,00 FlujoNeto Efectivo $2.738.922,03 = − + (1 + ) 0 = − + (1 + ) VALOR PRESENTE NETO. TASA INTERNA DE RETORNO. / = RELACIÓN BENEFICIO /COSTO. PAY BACK 1 AÑO 2.738.922,03 X $450.000,00 EVALUACION FINANCIERA VALOR PRESENTE NETO $2´127.626,9 TASA INTERNA DE RETORNO 4,674% RELACIÓN BENEFICIO/COSTO 2,96 PAYBACK 37dias EVALUACION FINANCIERA PROBLEMAS Y SOLUCIONES EN BOMBAS JET PARKER CO. Indicación Causa Solución Caída de producción – condiciones de superficie normales a.) Cambio de condiciones fluyentes en pozo b.) Daño en garganta o difusor Efectuar toma de presión fondo y rediseñar bomba Recuperar bomba de subsuelo y reparar Sin incremento de producción cuando la presión de operación aumenta. Garganta presenta picaduras Cavitación en garganta o producción de gas alta. Daño en garganta o difusor Disminuir presión de operación o instalar garganta de mayor diámetro Reparar partes defectuosas Daño en garganta en superficie de acabado Diseño en producción no se ajusta a condiciones reales Erosión Datos de diseño no adecuados o problemas mecánicos. Instalar jet y garganta de mayor dimensión y reducir velocidad. Revisas datos de diseño o chequear estado mecánico en completación de pozo PROBLEMAS Y SOLUCIONES EN BOMBAS JET PARKER CO. Indicación Causa Solución Incremento repentino en la presión de operación con inyección de fluido motriz a.) Taponamiento parcial en el nozzle b.) Acumulación de parafina u obstrucción en la línea de fluido motriz Recuperar bomba de subsuelo y reparar Efectuar limpieza con solvente en línea repentina disminución de presión de operación-fluido motriz constante o incremento de fluido motriz – presión de operación a.) Falla en la tubería de producción b.) Daños en sellos o ruptura en nozzle Chequear tubería de producción Recuperar bomba de subsuelo y reparar Incremento repentino en la presión de operación sin inyección de fluido motriz Taponamiento parcial en el nozzle Recuperar bomba de subsuelo y reparar CONCLUSIONES • Este sistema es ideal en pozos desviados, practico en pozos verticales y en localizaciones inaccesibles para ratas y profundidades que lo justifiquen. • El equipo se puede utilizar con ventajas en pozos profundos y aún en pozos superficiales con grandes ratas. • Teóricamente el bombeo hidráulico aparece como la solución a todo tipo de producción artificial de pozos petroleros. Sin embargo, factores prácticos, como contaminantes en el aceite, arena, agua y sólidos en suspensión, depositación de parafinas en las tuberías y en general el excesivo costo de tratamiento particularmente cuando la producción posee alto corte de agua hacen que su atractivo sea menor. CONCLUSIONES • El sistema de bombeo hidráulico de tipo pistón es una opción eficiente para la producción en yacimientos bajo las condiciones especificadas anteriormente, con la posibilidad de mantenimientos reducidos, control de producción desde superficie, y producción de gas. • El bombeo de tipo pistón ha entrado en desuso por la complejidad del mecanismo interno y la imposibilidad de llevar a cabo un mantenimiento in situ, junto con las eficiencias comparadas de otros mecanismos ya existentes. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS • Villacreces, Ricardo. House, Juan «Estudio para la Implementación del Servicio de Bombeo Hidráulico Tipo Jet de la Compañía Ecojet Cía. Ltda. en Petroproducción. Quito 2010. • Weatherford, Búsqueda «Instalaciones del Subsuelo y Configuración». • Melo, Vinicio. Presiones y Pérdidas por Fricción en un Sistema Abierto: Folleto Levantamiento Artificial. • Gómez, Luis. Variables para la Representación Matemática de la Bomba Jet: Hydraulic Jet Pump Performance. • Evaluación Técnica de las Estrategias de Levantamiento Artificial Implementadas en Campos Maduros. Diseño de una Herramienta Software de Selección” Sección 2.2.5. Bombeo Hidráulico tipo Pistón. • Cely, Andrés. Pabón, Edgar. Análisis Nodal y Optimización del Sistema de Bombeo Hidráulico tipo jet. UIS Bucaramanga 2001.