Optimización de SAP AIATGPoza Rica, 25-29 Oct., 2010 OPTIMIZACIÓN DE LOS SISTEMAS ARTIFICIALES DE PRODUCCIÓN EN EL ACTIVO INTEGRAL ACEITE TERCIARIO DEL GOLFO Página 1 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 ÍNDICE Introducción Capítulo I Conceptos básicos 1.1 Características de la formación………………………………………….12 1.2 Factores del petróleo……………………………………………………...12 1.3 Propiedades de los fluidos……………………………….......................14 1.4 Clasificación de pozos productores……………………………………..16 Capítulo II Clasificación general 2.1 Objetivo principal de la producción Artificial….……….………………..20 Capítulo III Bombeo neumático 3.1 Introducción………………………………………………………………..22 3.2 Sistema cerrado o rotativo del manejo de gas………………………...23 3.3 Leyes fundamentales de los gases……………………………………..23 3.4 Válvulas para bombeo neumático…………………………………….....28 3.4.1 Características de las válvulas de bombeo neumático………………..28 3.4.2 Clasificación de las válvulas para bombeo neumático………………..31 3.4.3 Mecánica para las válvulas para bombeo neumático…………………31 Página 2 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 3.5 3.5.1 Diseño de instalaciones de bombeo neumático……………………….45 Diseño de una instalación de bombeo neumático continuo………………………….………………………………………….49 3.5.1.1 Diseño gráfico de una instalación……………………..………………..50 3.5.1.1.1 Ejemplo de diseño de una instalación de Bombeo Neumático Continuo (Método grafico)……………………56 3.5.2 Diseño de una instalación de bombeo neumático intermitente………………………………………………………………..59 3.5.2.1 Ejemplo de diseño de una instalación de BNI Método grafico…………………………………………….......................60 3.6 Operación de bombeo neumático……………………………………….66 3.6.1 Proceso de descarga en una instalación con flujo continuo………………………………….……………………….66 3.6.2 Proceso de descarga en una instalación con flujo intermitente……………….……………………………………...67 3.6.3 Controles superficiales de válvulas de inyección de gas…………………….…………………………………71 3.6.3.1 Estrangulador………………………………………………………………71 3.6.3.2 Combinación regulador estrangulador…………………………………..73 3.6.3.3 Control de tiempo………………………………………….......................73 3.6.4 Diagnostico de fallas………………………………………………………78 3.6.4.1 Diagnostico de fallas con información obtenida en la superficie………………………………………………….78 Página 3 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 Capítulo IV Bombeo Mecánico 4.1 Introducción………………………………………………………………...86 4.2 Equipo subsuperficial……………………………………………………..87 4.2.1 Bomba subsuperficial……………………………………………………..87 4.2.2 Bombas de tuberías de producción……………………………………..90 4.2.3 Bombas de inserción……………………………………………………...90 4.2.4 Bombas de tuberías de revestimiento…………………………………..91 4.2.5 Mecánica del ciclo de bombeo…………………………………………...91 4.2.6 Clasificación de las bombas según API…………………………………92 4.3 Selección de tamaño de bomba…………………………………………92 4.4 Análisis teórico del movimiento de las varillas…………………………95 4.4.1 Movimiento armónico simple……………………………………………..95 4.4.2 Movimiento manivela – biela……………………………………………..95 4.4.3 Movimiento de la varilla pulida…………………………………………...98 4.4.4 Elongación de la varilla pulida y TP……………………………………100 4.4.5 Carrera efectiva del pistón………………………………………………103 4.5 Cálculos del equipo superficial…………………………………………104 4.5.1 Diseño de contrabalanceo………………………………………………104 4.5.2 Calculo de torque o par…………………………………………………..107 4.5.3 Reducción de velocidad del motor principal al cigüeñal de la unidad………………………………………………….108 4.5.4 Potencia requerida para el motor principal…………….......................108 Página 4 de 227 .....2 Descripción general del equipo………………………………………….6 Diseño de una instalación de bombeo mecánico…………………….....1 Procedimiento de diseño…………………………………………………110 4..135 4..7........1 Introducción…………………………………………………………...4 Mantenimiento del equipo y lubricación………………………………….2...2.6..4 Interpretación de gráficas dinamométricas…………….2 Unidad de Bombeo Mecánico Mark II………………………………….2..113 4.127 Sistema analizador de Pozos (Ecómetro)……………………………....134 4.....3 4. 25-29 Oct...1.144 Capitulo V Bombeo rotatorio de cavidad progresiva 6.216 6...7..218 Página 5 de 227 ....128 4...1......1 Tablas para el diseño de bombeo mecánico………………………….109 4....1 Equipo subsuperficial……………………………………………………...6..2.…….215 6.3 Unidad de Bombeo Mecánico Aerobalanceada………………………..137 4..6....7..7 Equipo Superficial y Geometría de la Unidad de Bombeo Mecánico…………………….4 Unidad de Bombeo Mecánico Hidroneumática (TIEBEN)………………………………………………..…216 6.6..3 Funcionamiento………………………………………………………….7....2 Equipo superficial…………………………………………..7..2 Ejemplo de diseño de una Instalación…………………...1 Efectos de la geometría en las Unidades de Bombeo Mecánico……………………………………………………134 4.216 6.... 2010 4....……………….....1.1.120 4..1..142 4..Optimización de SAP AIATG Poza Rica.6..216 6..1 Unidad de Bombeo Mecánico Convencional…………………………. 2........3 Válvulas de cuatro vías……………………………………………..2.242 Página 6 de 227 .4..1 Unidad de potencia……………………………………………………….2 Bombeo hidráulico tipo pistón…………………………….…227 7.241 7...3.3...1 Unidad de bombeo…………………………………………………………234 7.....2..2.2 Bomba libre…………………………………………………………………233 7.227 7..3.5.2.228 7..2....240 7..2.1 Bomba fija…………………………………………………………………..Optimización de SAP AIATG Poza Rica...1 Principios de operación……………………………………………………226 7.....2.240 7..4 Conexiones superficiales………………………………….2....2 Sistema de inyección del fluido motriz…………………………………........227 7.218 6.....219 Capítulo VI Bombeo Hidráulico 7.5....3 Diseño de una instalación de Bombeo Rotatorio de Cavidad Progresiva……………….1 Circuito abierto……………………………………………………………....5..4 Equipo subsuperficial………………………………………………………234 7.5 Equipo superficial…………………………………………………………....... 2010 6.1 Ejemplo de Diseño de una Instalación…………………………………... 25-29 Oct.2...2.5..2 Cabezal de distribución……………………………………………………241 7..2 Circuito cerrado…………………………………………………………....2.1 Introducción…………………………………………………………….226 7.2 Cámara de fondo…………………………………..2.4.240 7...….…….2.2..2...228 7..2.……..226 7...3 Instalaciones Subsuperficiales…………………………………….……………………….. ..2.....273 Capítulo VII Comparación de los Sistemas Artificiales de Producción 8.2 Comparación entre los diferentes tipos de bombeo……………………....268 7.5.3 Hidrodinámica de las bombas……………………………...2..4 Ejemplo de diseño de una instalación tipo Jet………….294 Página 7 de 227 .3.....…...269 7....292 Bibliografía………………………………………………………………………………….3....7 Ejemplo de diseño de una instalación tipo pistón………………………256 7.. 2010 7.269 7..6 Consideraciones y procedimiento de diseño……………………………255 7.288 Conclusiones……………………………………………………………………………….... 25-29 Oct..……………….2......…….5 Sistema de tanques para el almacenamiento y tratamiento del fluido motriz…………….242 7...1 Introducción…………………………………………………………………268 7.3 Bombeo hidráulico tipo JET…………………………………………….............284 8.Optimización de SAP AIATG Poza Rica..1 Ventajas y desventajas de los diferentes tipos de bombeo……………………………………………………………...2 Tipos de bombas JET……………………………………………………..3... Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 OBJETIVO El propósito de este trabajo es realizar un análisis detallado de los diversos Sistemas Artificiales de Producción de acuerdo a las condiciones de Yacimiento.. Página 8 de 227 . Infraestructura superficial. así como la descripción. Esto con la finalidad de hacer una comparación entre ellos para determinar cual es el mejor. aplicación y diagnóstico conforme a los Sistemas. 25-29 Oct. Producción y Condiciones Mecánicas. tomando como referencia el campo Petrolero a desarrollar en Sistemas Artificiales de Producción. Profundidad. Características del pozo. Propiedades de los fluidos. diseño. tomando en cuenta que su operación y funcionamiento hagan factible la conversión de energía aplicada en rendimiento económico. mediante la extracción eficiente de los hidrocarburos. aislando el espacio anular con un empacador. la cual declinará hasta el punto de ser insuficiente para sostener la columna de fluidos desde el Yacimiento hasta la superficie. 2010 INTRODUCCIÓN GENERAL Dada la importancia que tiene el máximo aprovechamiento de los fluidos de un Yacimiento. es recomendable pasar a la aplicación de Sistemas Artificiales de Producción para continuar la explotación de Hidrocarburos. Cuando ya no son posibles las condiciones de flujo por falta de presión y producciones obtenidas inicialmente.). etc. para que un pozo fluya. cerrando el pozo temporalmente para incrementar la presión. Para que esto no ocurra se acude a los Sistemas de Recuperación Secundaria (inyección de agua. En algunos casos es posible establecer condiciones de flujo. es necesario que la energía del Yacimiento en forma de presión sea superior a las caídas de presión que se tiene en la Tubería de Producción. Un comportamiento diferente será cuando la energía disponible para la recuperación es exclusivamente la presión contenida en el casquete de gas. Dicho de otra forma. al peso de la columna de fluidos y contrapresión a las Instalaciones de Producción. Debido a los parámetros mencionados anteriormente. Página 9 de 227 . como de los fluidos por recuperar de la presión original y del tipo de empuje que se tenga. es de esperarse que uno de los principales objetivos que deben seguirse en la Industria Petrolera. ya sea para incrementar de fondo y/o efectuar un barrido de fluidos. los cuales se desarrollan posteriormente en dicho trabajo. en el transcurso de la vida del pozo se presentan diferentes etapas. para evitar que la presión ejercida por la columna de aceite y gas actúe sobre la formación productora.. vapor. es la de mantener los Sistemas Artificiales de producción operando con la mayor eficiencia que sea posible. esto puede lograrse si se realizan los diseños lo más apropiado a las condiciones que se tengan en el campo y sobre todo manteniendo un constante control de la operación de dichos Sistemas. reduciendo el diámetro de la Tubería de Producción. alargando así la vida productiva de los pozos.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. si el empuje es hidráulico el Yacimiento conserva su presión original y los pozos producen en forma constante hasta el agotamiento total de los Hidrocarburos recuperables. así como un mantenimiento adecuado de los mismos. gas. 25-29 Oct. efectuando una estimulación o cambiando el intervalo productor entre otros. La cantidad de fluidos factibles de obtener en un pozo petrolero depende tanto de las características físicas de la roca almacenadora. la más común es la cementación con carbonato de calcio. lo cual significa que disminuye o acaba con su porosidad. tienen poca porosidad por sus diferentes tamaños que pueden presentar.2 FACTORES DEL PETRÓLEO Roca Almacenadora Se define como roca almacenadora a aquella que tiene una permeabilidad y porosidad adecuada para contener y/o dejar pasar los hidrocarburos a través de ellas. Calizas: Son porosas o fracturadas.1 CARACTERÍSTICAS DE LA FORMACIÓN Permeabilidad Propiedad que tiene la roca de permitir el paso de un fluido Porosidad Es la relación del volumen de poros del medio poroso entre el volumen de roca Saturación Volumen de fluido que se encuentra en el medio poroso 1. Arenas Terrígenas Areniscas Rocas almacenadoras Caliza Calcáreas Dolomía Arenas. Areniscas. Así mismo. 2010 CAPÍTULO I CONCEPTOS BÁSICOS 1. 25-29 Oct. sufren de diagénesis. Página 10 de 227 . Su grado de porosidad depende de su redondez y selección del tamaño de los granos.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. su porosidad depende de los procesos diagenéticos que se pueden presentar.. Los Hidrocarburos ocupan los poros o huecos de la roca almacenadora y están a alta presión y temperatura. Anhidrita. Arrecifes Trampas Por díagenesis: recristalización. Mixtas: domos salinos Yacimiento de Hidrocarburos Se entiende por Yacimiento la porción de una trampa Geológica que contiene Hidrocarburos. Estructural: por fallas o domos salino Ej. Anticlinales Estratigráfica: cambios de facies Ej.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. disolución. debido a la profundidad a que se encuentra el Yacimiento Campo Es el área superficial en el cual se realizan los trabajos de exploración y perforación de uno o más Yacimientos. dolomitización. cementación y fracturamiento. Yeso Evaporítica Trampa Es la relación espacial de una roca sello y una roca almacenadota dispuestas de tal modo que atrapan los hidrocarburos. 2010 Roca Sello Su función es impedir el paso de los hidrocarburos y llevar acabo la migración y el entrampamiento. Relación gas disuelto Es el gas disuelto en el aceite a acondiciones estándar Relación gas aceite Página 11 de 227 . la cual se comporta como un sistema intercomunicado hidráulicamente. 25-29 Oct. Rocas Sello Terrígenas --- Lutita Calcáreas --- Marga --- Sal.. 1. Yacimientos de gas seco. condiciones originales de presión.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. solo liquido 2. Yacimientos de gas húmedo: ídem. Yacimientos de aceite. se presenta condensación retrógrada y se produce siempre en dos fases. gas disuelto y gas libre. Yacimiento de aceite y gas disuelto: presión mayor de la de saturación todo el gas disuelto. pero en superficie se recuperan dos fase. Yacimientos de gas y condensado. 5. temperatura y composición son tales que siempre existe una sola fase 4. gas y condensado.3 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Densidad Es la masa de una sustancia por unidad de volumen (gr/cm3 o °API) Viscosidad Es la resistencia al deslizamiento a causa de su cohesión y adhesión (cp) Densidad relativa del gas: Es el peso molecular del gas entre el peso del aire (adim) Densidad relativa del líquido Es la relación entre el peso de un volumen dado de un producto y el peso de un volumen igual de agua (gr/cm3 o API). Presión inicial es menor que la saturación. Agua libre Es el porcentaje de agua que mecánicamente puede separarse de la emulsión Agua total Página 12 de 227 . 3. 2010 El volumen de gas libre entre el gasto de aceite muerto Clasificación de Yacimientos de acuerdo al fluido almacenado: 1.. 25-29 Oct. ) o gravedad especifica gr/cm3 y H = altura en metros Gasto Es el volumen de fluido liquido o gas producido entre el tiempo (m3/d. etc. pie3 /día.pff)) Página 13 de 227 .G. Emulsión Es la mezcla de dos sustancias no miscibles.. pozo.. Es la fuerza por unidad de superficie (kg/cm2 o lb/pg2) Presión de fondo Es la presión que se tiene a la profundidad de los disparos y puede ser fluyendo o cerrado el pozo. 2010 Es el volumen de agua presente en una emulsión de petróleo. Presión de vapor Es la presión que ejerce el vapor de una sustancia cuando ésta y el vapor están en equilibrio.) Índice de Productividad Medida indicativa de la cantidad de aceite o gas que es capaz de producir un pozo (IP = q / (pfc. Presión Hidrostática Fuerza ejercida por una columna de líquido. muestra. expresada por la altura de líquido sobre el cual se mide la presión y es directamente proporcional a la altura P = (densidad x altura ) / 10 donde P= presión kg/cm2. tubería.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 25-29 Oct. tal como la que se ejerce contra la pared de un tanque o como la que ejerce en el fondo de un pozo el fluido de perforación. millones de pie3/día. una de las cuales se haya dispersa la otra en forma de gotas (normalmente agua en aceite) Presión La fuerza que un fluido ejerce uniformemente en todas direcciones dentro de un recipiente. densidad (S. mínimo 48 horas. etc. bls/día. 4 CLASIFICACIÓN DE POZOS PRODUCTORES Los pozos productores de petróleo se clasifican en: Fluyentes Fluyen del Yacimiento hacia el exterior por energía natural propia del Yacimiento y puede ser por los empujes anteriormente descritos. 25-29 Oct. Empuje por capa o casquete de gas. Es necesario que la energía del Yacimiento en forma de presión sea superior a las caídas de presión que se tienen en la Tubería de Producción más el peso de la columna de fluidos más la contrapresión que generan las instalaciones de producción Producción Artificial o Bombeo Página 14 de 227 . debido a la expansión del sistema 2. Empuje por agua: empuje de abajo o lateral por agua en la interfase agua – aceite. o se combinan 1. invadiendo la zona de aceite 5. Empuje por gas disuelto liberado: aunque continúa expandiéndose el agua y la roca. Desplazamiento por segregación gravitacional: drene por gravedad.. 3.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 Proceso de desplazamiento El gradiente de presión obliga a fluir el aceite hacia los pozos solo si otro material llena el espacio ocupado por el aceite Mecanismos de desplazamiento: 1. Expansión roca-fluidos. Combinación de empujes. invasión progresiva de la zona de aceite por gas. presenta cambio con el tiempo de explotación. tendencia del aceite. 4. agua y gas a distribuirse 6. de tal forma que la energía disponible del Yacimiento fluye al pozo y los volúmenes comerciales de Hidrocarburos son levantados o desplazados a la superficie. 25-29 Oct. Página 15 de 227 .Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. 2010 Cuando se aplica un Sistema de Producción Artificial debido a que la presión no es suficiente para que los fluidos puedan fluir a la superficie y se logran vencer todas las contrapresiones que existen en el sistema Sistema Artificial de levantamiento Es un proceso de transferencia de energía al fondo del pozo o decremento de la densidad del fluido para reducir la carga Hidrostática sobre la formación. 2010 Página 16 de 227 .. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. cuyas partes principales son.. desde la superficie. estator. que hace accionar un pistón coaxial con la bomba. el cual es accionado por un motor. rotor y varillas de acero convencionales. Página 17 de 227 .Optimización de SAP AIATG Poza Rica. El bombeo Electrocentrífugo consta de una bomba centrífuga accionada por un motor eléctrico. 25-29 Oct. 2010 CAPÍTULO II CLASIFICACIÓN GENERAL Existen diferentes Sistemas Artificiales de Producción tales como: · · · · · Bombeo Neumático Bombeo Mecánico Bombeo Electrocentrífugo Bombeo Rotatorio de Cavidad Progresiva Bombeo Hidráulico El bombeo Neumático consiste en suministrar energía al fluido mediante gas comprimido que se hace pasar del espacio anular a la tubería de producción en forma continua o intermitente según sean las características del pozo. ambas subsuperficiales. La energía para hacer accionar esta bomba es transmitida en forma ascendente y descendente por una sarta de varillas que se conecta con un equipo superficial. saliendo en la superficie el fluido motriz y los Hidrocarburos. que reciben energía eléctrica por un cable desde la superficie. El bombeo Mecánico se compone de una bomba recíprocante. instalada a una profundidad mayor que el nivel de operación del pozo. El Bombeo Rotatorio de Cavidad Progresiva consta de una bomba de desplazamiento positivo que se introduce dentro del pozo. El bombeo Hidráulico opera haciendo llegar la energía a una bomba subsuperficial por medio de un fluido a presión. Página 18 de 227 . 25-29 Oct. 3.Optimización de SAP AIATG Poza Rica..CLASIFICACIÓN GENERAL 2.1 OBJETIVO PRINCIPAL DE LA PRODUCCIÓN ARTIFICIAL El objetivo de la Producción Artificial es mantener una presión de fondo fluyendo reducida de modo que la formación pueda aportar los fluidos del Yacimiento. 2010 FIG.1.. .) · Predicción del comportamiento del yacimiento · Tipos de fluidos y volumen a manejar · Inversión inicial. 25-29 Oct. 2010 Factores que se deben tomar en cuenta para la selección de un Sistema apropiado de Producción · Localización · Caracterización del Yacimiento · Número de pozos · Tipos de terminación (sencilla o múltiple) · Energía disponible (compresión de gas. revestimiento).Optimización de SAP AIATG Poza Rica. energía eléctrica. etc. problemas mecánicos direccionales · Servicio del equipo y personal competente Página 19 de 227 . costo de operación y vida útil del equipo · Problemas de operación · Características de las tuberías (producción. Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 Página 20 de 227 .. 25-29 Oct. 1 INTRODUCCIÓN El bombeo de gas o aire ha sido utilizado años atrás para levantar los fluidos a la superficie. Gracias al éxito del Bombeo Neumático (“gas lift”). los famosos campos petroleros tales como el campo Evangeline de Luisiana y los campos Smackover y Spindletop del este de Texas lograron mucha fama. se fundaron empresas especializadas que suministraron aire y gas a la industria petrolera. el bombeo neumático proporciona muchas ventajas. se cierran por que la presión diferencial en la válvula o la velocidad del gas de inyección (en función del diseño) excedió la regulación del resorte o del fuelle de válvula. a) La disminución de los costos de elevación. 25-29 Oct. instalación y mantenimiento b) La operación eficiente de pozos de alta y mínima producción c) La capacidad de funcionar bien en presencia de arena. El uso de una serie de dichas válvulas para permitir la inyección de gas en niveles sucesivamente más profundos. en los años veinte se desarrollaron muchos tipos.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. El desarrollo y el perfeccionamiento de los equipos gas lift siguen siendo temas de análisis hasta la fecha. A principio del siglo XVIII se utilizó para eliminar el agua de las minas ya que fue el único método práctico para elevar grandes volúmenes de agua. 2010 CAPÍTULO III BOMBEO NEUMÁTICO 3. actualmente existe una aceptación universal de este método versátil y eficiente de producción de petróleo. Cuando las válvulas superiores quedan descubiertas debido a la caída del nivel del fluido en el espacio anular. cuyo objetivo fue el de la disminución de dicha presión para permitir su instalación a mayores profundidades. H2S. Durante muchos años se practicó la inyección de gas para producir grandes cantidades de petróleo en los estados de Luisiana y Texas.. Más tarde se introdujo el Bombeo Neumático en los estados de Oklahoma y California donde también logró éxito. CO2. El bombeo de aire se utilizó por primera vez en la recuperación secundaria del crudo en el año 1865 en el estado de Pensylvania. agua salada y alta RGA d) Las capacidad de agotar el yacimiento Página 21 de 227 . .U. escama. E. La necesidad de altas presiones para iniciar la inyección del gas resultó en la invención de las válvulas gas lift.aunque fue hasta el año de 1900 cuando adquirió aceptación general en el litoral del golfo de México.. Aproximadamente el 94% de los pozos petroleros utilizaban la elevación artificial.. de esta manera se comprime y se envía a los pozos. El aceite con gas que es recuperado de los pozos fluye a la batería donde es separado.2 SISTEMA CERRADO O ROTATIVO DEL MANEJO DE GAS El sistema cerrado o rotativo (Fig. 25-29 Oct. 2010 e) El aprovechamiento de la energía que ya esta disponible Si no hay presión y cantidad de gas suficiente. El sistema cerrado o rotativo esta constituido básicamente por: · Una compresora central. La ecuación de un gas perfecto es: PV = nRT…………………. 3. se pueden usar compresores con sistemas cerrados o semicerrados. presión. 3. El gas que es separado del aceite es succionado directamente a la central de compresoras.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.000 pozos productores en los Estados Unidos. · Un sistema de baja presión que va de la batería de separación a la estación de compresión. A principios del año 1982. · Una red de gas a alta presión. aproximadamente 560.1) es un sistema diseñado para manejar gas a uno o más pozos mediante el uso de estación central de compresoras. 3. 3. utilizaban distintos métodos de la elevación artificial.. la cual provee de gas a alta presión a los pozos del sistema.000 pozos de un total de 790.3 LEYES FUNDAMENTALES DE LOS GASES La ley de los gases ideales predice correctamente la cantidad.1 Donde: Página 22 de 227 . volumen y temperatura de muestras de la mayor parte de los gases a presiones de unas cuantas atmósferas o menos y a temperaturas por muy arriba de sus puntos de ebullición. · Una red de recolección que conduce los fluidos producidos a la batería de producción. De donde se envía el gas para cada uno de los pozos que forman dicho sistema. 3) Volumen ideal de n moles de gas PT Y el comportamiento (PVT) para un gas real será: P V = ZnRT………………………………………………………………. por lo que deberá corregirse la formula de los gases ideales. 2010 P= Presión absoluta (lb/pie2) V= Volumen (pie3) T= temperatura (ºR) N= Número de moles de gas (lb-mol) R= Constante del gas Dicha ecuación es una combinación de las leyes de Abogadro. La ley de Charles establece que. mediante un factor de compresibilidad.2) Donde: Z= Factor de compresibilidad Z= Volumen real de n moles de gas PT …………………………. Boyle y Charles. n = 1 lb-mol de gas. Es decir. La ley de Boyle establece que a una determinada temperatura el volumen de gas varía inversamente con la presión.. Así la ecuación de estado de un gas real resulta: pV = ZnRT…………. La ley de Abogadro establece que todo volumen de una muestra de gas a una misma presión y temperatura es directamente proporcional a la cantidad del gas. (3. a cierta presión. (3... la ley no se obedece en forma estricta..Optimización de SAP AIATG Poza Rica.4) Ya que n= mg ………………………………………………… (3. para tener (n) Página 23 de 227 . el volumen de gas varía indirectamente con la temperatura. Sin embargo a presiones mucho más altas o temperaturas más bajas.5) Mg Donde: mg = Peso total del gas en lb Mg = peso molecular del gas de una lb-mol Si mg y Mg son numéricamente iguales. 25-29 Oct. (3. La densidad relativa de un gas respecto al aire es: Drg = Dg ……………………………………………………………….. 25-29 Oct.1.. (3. 2010 lb-mol de gas basta con tener (n) peso en lb.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 3.6) Da FIG.INSTALACIÓN DE UN SISTEMA DE BOMBEO NEUMÁTICO CERRADO Página 24 de 227 . 5) n= Mg ……….964Drg……………………………………………. = 379..964 así que: Mg = 28. 2010 De la definición de densidad D= M V por lo tanto V= M ……………….8) Sustituyendo (3.. (psi).. (3.964Drg Sustituyendo (3...9) 28.……………………………….Optimización de SAP AIATG Poza Rica.964Drg Despejando Dg: Dg = 28.70157Drg P ……………………………………………..964Drg (1543. (3.10) ZT Página 25 de 227 . (3. (3. se tiene: Dg = 28.4) P= Mg Mg ZRT = Dg 28.9) en (3.8) en (3. 25-29 Oct.964Drg P ZRT Sabiendo que R = 1543..85 144 )ZT Dg = 2..…………………. e introduciendo la presión en ld/pg2 abs. T = 60º F) por loo tanto: Drg = Drg = Mg Ma Sabemos que el peso molecular del aire (Ma) es 28..85 (lb/pg2)..3 p3 por cada mol a condiciones estándar de presión y temperatura (P = 1 atm.7) D Dg (Mg Vg) = (Ma Va ) Da Y como Vg = Va.. Optimización de SAP AIATG Poza Rica. adim.70157 144) Drg P Z T dh 0. y para (h) desde (0) hasta (ht). lb/pie3 Drg = densidad relativa del gas. 25-29 Oct. lb/pg2 abs (psi) T = temperatura del gas Z = factor de desviación del gas.018761 Drg = P Z T dh P1 ò ln P2 .018761Drg P Z T dh Integrando con límites para (P) desde (P1) hasta (p2).ln P1 = 0. dP = Dg por lo tanto dP = Dg × dh ……………………(3.11) obtenemos: dP = dP = (2.12) Pcv = Pc i exp ê0.10) en (3.11) dh Sustituyendo (3. 2010 Donde: Dg = densidad del gas. psi Página 26 de 227 . (3.018761 Drg ZT úû ë P2 = Pcv y P1 = Pc i é ù hv …………………. (aire = 1) P = presión del gas.018761 Drg Zavg Tavg úû ë Donde: Pcv = presión del gas en la TR a la profundidad de la válvula. A demás se sabe que el gradiente de presión respecto a la profundidad es proporcional a la densidad. y despejando P2.018761 Drg (h ZT ) hv ù é P2 = P1 exp ê0.. tenemos: P2 dP 0. 2) En la ecuación anterior (3.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. adim. Generalmente se conoce la temperatura a una determinada profundidad o puede estimarse del gradiente geotérmico del área. 25-29 Oct. el factor de compresibilidad “Z” es función de la presión y temperatura promedio de la columna de gas por lo que su solución requiere de un procedimiento de ensayo y error.N. esta sensibilidad esta determinada por la construcción del mecanismo que abre y cierra la entrada de gas. pies Zavg = factor de compresibilidad promedio del gas. Normalmente la presión a la que se expone una válvula la determina el área de asiento de dicha válvula.. 3. aunque también tienen la función de inyectar gas para descargar el fluido de control utilizado en la reparación del pozo. Los diversos fabricantes han categorizado a las válvulas de B. Generalmente son clasificadas por el efecto que la presión tiene sobre la apertura de la válvula. es decir para válvulas sensibles a la presión en la tubería de producción o en la tubería de revestimiento son los mismos. Tavg = temperatura promedio en la columna de gas. ya que estas pueden operar en forma continua o intermitente. Los principales mecanismos de las válvulas para ambos casos. 2010 Pci = presión de inyección del gas en la superficie.4 VÁLVULAS PARA BOMBEO NEUMÁTICO La principal función de estas válvulas es la de controlar la cantidad de gas que se inyecta para levantar un bache de fluido a través de las presiones de cierre y apertura. ºR Exp = base de los logaritmos = 2. Las partes que componen una válvula de bombeo neumático son: Página 27 de 227 . 3.7182818 Una opción adicional para resolver el problema de la presión debido a la columna de gas es utilizar la (fig.4.1 Características de las Válvulas de Bombeo Neumático Al establecer el método de bombeo neumático se debe seleccionar el tipo de válvula subsuperficial. de acuerdo a las características propias de diseño de la instalación. dependiendo de que tan sensible sea una válvula a una determinada presión actuando en la tubería de producción o en la de revestimiento.12). psi hv = profundidad de la válvula. También sirve para no permitir el paso de fluidos del pozo hacia el Espacio Anular 3. comparada con el área del asiento de la válvula. entonces debido a esto el efecto de la columna de líquido en la tubería de producción para abrir la válvula es pequeño. esta es relativamente insensible a la presión en la tubería de producción. Página 28 de 227 .Optimización de SAP AIATG Poza Rica. pistón o diafragma de hule) Elemento de transmisión (diafragma de hule o vástago de metal) Elemento medidor (orificio o asiento) Sección motriz (solo para BN intermitente) Cuando el área de elemento de carga es grande. gas o una combinación de ambos) Elementos de respuesta a una presión (fuelle de metal. 25-29 Oct.. 2010 · · · · · · Cuerpo de la válvula Elementos de carga (resorte. 2. Página 29 de 227 .Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. 3.Gráfica Para Determinar La Presión De La Columna De Gas Y La Presión En Los Fuelles De Las Válvulas. 25-29 Oct. 2010 Fig.. .. como se menciona a continuación: 1. Las válvulas se calibran en un probador para que abran a una presión determinada dentro del pozo según sea el diseño de la sarta..VÁLVULA COMBINADA: Requiere incremento en la presión de la TP para abrir. Esta característica es determinada por la construcción mecánica de la válvula.4. 2010 3. 25-29 Oct.. mientras que en su posición abierta es 100% sensible a la presión en TP. 2.VÁLVULAS BALANCEADAS: En este tipo de válvulas la presión en la tubería de producción tiene un efecto en la presión de apertura o cierre de la válvula. Pt = presión en la TP o presión del fluido estático o fluyendo de la profundidad de la válvula... 3. Las válvulas para bombeo neumático se clasifican de acuerdo a la sensibilidad que estas tienen a una determinada presión actuando en la TP o en la TR. así como una reducción de la presión en la presión de TR y TP para cerrar.4.2 Clasificación de las Válvulas para Bombeo Neumático.VÁLVULAS DESBALANCEADAS: En este tipo de válvulas la presión en la Tp no tiene ningún efecto en la presión de apertura o cierre de la válvula. Pc = presión en la TR o presión del gas de inyección.VÁLVULAS OPERADAS CON PRESIÓN EN TR: Estas válvulas son de 50 a 100% sensibles a la presión de la TR en la posición cerrada y 100% sensibles a la presión de la TR en la posición abierta.VALVULAS OPERADAS CON FLUIDO: Su característica es que es sensible del 50 al 100% a la presión en TR en su posición cerrada.3 Mecánica para las Válvulas para Bombeo Neumático Para poder ejemplificar esto tomaremos en cuenta la siguiente nomenclatura. 5. 4. que son similares a los reguladores de presión. 3. donde la presión ejercida sobre el área más grande determina la apertura o cierre de la misma. Requiere de una reducción de la presión en la TP para cerrar (válvulas para BNC).Optimización de SAP AIATG Poza Rica..VÁLVULAS PROPORCIONALES: En la posición abierta es sensible a la presión en la TP. Por lo general las válvulas operan de acuerdo a ciertos principios básicos. 6. Página 30 de 227 . A p ) ……………………………. Para derivar la ecuación de balance de fuerzas se tomará como punto de referencia la posición de cierre de la válvula. mostrando el análisis de fuerzas que actúan sobre determinadas arreadse la misma. (Abre a una presión y cierra a una presión mayor) Presión de apertura La presión de apertura se define.3) ilustra las presiones que actúan sobre la válvula. ya que en esta condición (un instante antes de abrir). (3.. (3.14) Fc = Pb A b + S t (A b .. Mientras que Fc es la suma de la fuerza de la presión del fuelle que actúa sobre su área y la fuerza de la presión del resorte sobre el área del fuelle menos el área del puerto. Dadas las presiones y áreas involucradas.la (Fig.13) Donde: Fa = fuerzas que intentan abrir la válvula Fc = fuerzas que intentan cerrar la válvula Es decir Fa es la sumatoria de las fuerzas ejercidas por la presión de inyección de gas sobre el área de fuelle menos el área del puerto y la fuerza ejercida sobre el área del puerto por la presión de la TP a la profundidad de la válvula. 2010 VÁLVULAS DESBALANCEADA Es aquella que esta limitada por un rango de presión. puede derivarse una ecuación para averiguar la presión de apertura.. Fa = Pc (A b . las fuerzas de cierre y las de apertura de la válvula están en equilibrio por lo cual las podemos igualar.A p ) + Pt A p …………………………… (3. 3. como la presión de la TR requerida para abrir la válvula bajo condiciones reales de operación. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.15) Donde: Pb = Presión de fuelle a la temperatura del pozo (psi) St = Presión equivalente al resorte (psi) Ab = área efectiva total del fuelle (pg2) Ab = área transversal del puerto o asiento de la válvula (pg2) Página 31 de 227 . Fa = Fc…………………………………………. ecuación (3.Pt ç ÷ + S t …………………………………………. 25-29 Oct. Pa = Pb . De cierre en el fuelle + Fza. esta ecuación se modifica para una válvula de fuelle cargado sin resorte (Fig. ecuación 3..17) è 1.A p ) …………………. Dividiendo entre Ab: æ Ap ö æA ö æ A ö ÷÷ + Pt çç p ÷÷ = Pb + S t çç1 . 3.R ø è 1. 2010 Igualando las ecuaciones 3.p ÷÷ Pc çç1 è Ab ø è Ab ø è Ab ø Despejando Pc y haciendo R = Pc = Ap Ab Pb + S t (1.19) 1.. (3.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.15 Pc (A b .Pt R ………………………… (3. De cierre en el resorte.4).R ) . De apertura en el fuelle + Fza de apertura en el Puerto = Fza.14 y 3.R æ P ö æ R ö Pc = ç b ÷ .R ø Donde: Pa = presión requerida en la TR para la apertura de la válvula (psi) LA ecuación 3.Pt R 1.19).18) 1.17 define la presión de apertura para una válvula con resorte y fuelle cargado por consiguiente.16) Fza.R Página 32 de 227 .18 o para una válvula que solo tiene resorte sin presión en el fuelle. (3.R Pa = S t - Pt R …………………………… (3.A p ) + Pt A p = Pb A b + S t (A b . 3..VÁLVULA DESBALANCEADA OPERADA POR PRESIÓN DE TR DE FUELLE SIN RESORTE Página 33 de 227 .Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 FIG. 3.VÁLVULA DESBALANCEADA POR PRESIÓN DE TR DE RESORTE Y FUELLE FIG.3. 25-29 Oct..4.. 2010 Página 34 de 227 . 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. Un momento antes en que la válvula cierre.R ) ………………………….A p ) Ab æ A ö Pc = Pb + St çç1 .20 Pc A b = Pb A b + S t (A b . la presión del gas en la TR esta actuando sobre el área total del fuelle. todas las áreas y presiones se definen de la misma manera excepto que ahora la presión bajo el puerto es la presión de la TR y no la de TP.A p ) Despejando Pc tenemos que: Pc = Pb A b + S t (A b .20) Analizando la Fig. la ecuación de fuerzas es: Fa = Fc……………………………………. (3. Sustituyendo en ecuación 3.3 tenemos que: Fa = Pc (A b + A p ) + Pc A p Fa = Pc (A b ..21) Fc = Pb A b + S t (A b . 2010 Presión de cierre Se define como la presión mínima requerida en la TR para mantener la válvula en la posición abierta.. y la presión de TP ejercida sobre el área del puerto se supone igual a la presión en la TR en el instante en que la válvula cierra. ya sea que la válvula esté abierta o cerrada.23) Página 35 de 227 . es decir. 3.p ÷÷ è Ab ø Pc = Pb + S t (1 . 25-29 Oct. (3. (3..A p ) ………………… (3.22) La fuerza de cierre se considera constante para una temperatura determinada.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. En este análisis la válvula se encuentra abierta bajo condiciones reales de operación.A p + A p ) Fa = Pc A b …………………………………. (psi) Pot = presión de apertura de la válvula en un probador a 60º F.. (psi) Sustituyendo 3.23 muestra la presión en la TR que deberá reducirse para que la presión del fuelle cierre la válvula con la ayuda del resorte. Amplitud = Amp = Pa – Pc………………………….23 Pct = (Pot .25: Pc = Pb………………………………… (3.S t )(1 ..S t )(1 .R ) + S t (1 .28) Página 36 de 227 . para determinarla. La amplitud de la válvula se define como la diferencia entre las presiones de cierre y apertura. (3.24) Pc = St (1 – R)………………………….26) Donde: Pbt = es la presión del fuelle a 60º F. (3.R )(Pot . (psi) Amplitud de la válvula.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 25-29 Oct.S t + S t ) Pct = (1 .R )Pot …………………………. de igual manera para una válvula de fuelle cargado sin resorte la ecuación es la 3.R) …………………….R ) Pct = (1 .24 y para una válvula con resorte sin fuelle cargado la ecuación es la 3. 2010 Donde: Pc = presión mínima requerida en la TR para cerrar la válvula (psi) La ecuación 3.25) Para determinar la presión de cierre en un probador cuando Pt es igual a cero tenemos que: Pbt = (Pot . se restan las presiones de cierre y apertura. (3.27) Donde: Pct = presión de cierre de la válvula en un probador a 60º F. (3.26 en 3. Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 Amp = Pb æP R ö + S t - ç t ÷ - [Pb + S t (1 - R )] 1- R è 1- R ø Haciendo TEF = R tenemos : 1- R Amp = TEF[Pb + S t (1 - R ) - Pt ] …………………… (3.29) Se observa que la amplitud esta controlada por dos factores el TEF y Pt, para un tamaño de puerto dado la amplitud mínima ocurre donde la presión en la Tp es igual a la presión del fuelle, la amplitud máxima será cuando la presión en la Tp sea igual a cero. Se observa que si en esta ecuación no se tiene presión proporcionada por el resorte, la ecuación 3.29 se reduce a una ecuación para una válvula con un solo elemento de carga. Si St = 0 entonces: Amp = TEF(Pb - Pt ) Válvula de presión balanceada Es aquella que no esta influenciada por la presión en la Tp cuando esta en la posición o cerrada (Fig. 3.5). Nótese que la presión en la TR (Pc) actúa todo el tiempo sobre el área total del fuelle, esto significa que la válvula abre y cierra a la misma presión del domo, en este caso la amplitud es cero, prescindiendo del asiento. Esta válvula actúa como un regulador de presión de orificio, si es necesario mayor cantidad de gas, se inyecta en la superficie y la válvula abre, si menos gas es requerido, se hace el ajuste de inyección en la superficie. Válvula piloto En el bombeo neumático intermitente se requiere tener una válvula con puerto grande que tenga control sobre la amplitud, debido a esto se desarrollo una válvula piloto (Fig. 3.6). el área del puerto (Ap) utilizado para calcular la apertura de la válvula, el asiento puede ser tan grande como sea posible hacerlo mecánicamente y no tiene que cambiarse para alterar la amplitud. Los cálculos mecánicos de la válvula son exactamente los mismos que se han discutido anteriormente, solo que el asiento pequeño es llamado orificio de control y el asiento grande para el suministro de gas es conocido como orificio motriz. Página 37 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 Válvula de BN operada por fluidos La nomenclatura es la misma que utilizamos para válvulas operadas por presión, con la variante de que la presión en la TP actúa sobre los fuelles y la TR sobre el asiento Para el análisis se considera una válvula con doble elemento de carga como fuerza de cierre. Presión de apertura Cuando la válvula de fluidos es sensible a la presión en la TP requerida para abrir la válvula a condiciones de operación (Fig. 3.7), la presión para abrir puede ser analizada cuando esta en la posición de cierre, a un instante antes de que la válvula se abra, para este momento se tienen las siguientes ecuaciones. Fa = Fc………………………………. (3.30) Donde: Fa = Pt (A b - A p ) + Pc A p Fc = Pd A b + S t (A b - A p ) Sustituyendo en la ecuación 3.30 Pc A b + Pt (A b - A p ) = Pd A b + S t (A b - A p ) Despejando a Pt y ordenando se tiene: Pt = Pd æ R ö + S t - Pc ç ÷ ……………………………….. (3.31) 1- R è 1- R ø Con la ecuación 3.31 se puede calcular la presión en la TP necesaria para abrir la válvula operada con fluidos bajo condiciones de operación. El término Pc (R / (1 – R)), en la ecuación anterior representa la presión en la TR, la cual se resta de la presión en la tubería (Pt); esto es, como la presión en la TR se incrementa, la presión en la TP necesaria para abrir la válvula decrece. Pc (R / (1 – R)) es conocido como efecto de la TR (C. E.) La relación (R / (1 – R)) es una válvula operada por fluidos, es conocido como el factor de efecto de la tubería de revestimiento (CEF), esto es; Página 38 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 æ R ö CEF = ç ÷ è 1- R ø y el efecto de la TR (CE): CE = Pc (CEF ) FIG. 3.5.- VÁLVULA BALANCEADA OPERADA POR PRESIÓN DE TR DE FUELLE SIN RESORTE Página 39 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 FIG. 3.6.- VÁLVULA PILOTO OPERANDO FIG. 3.7.- VÁLVULA OPERADA POR FLUIDOS BAJO CONDICIONES DE OPERACIÓN Página 40 de 227 . la caída de presión en el orificio esta en función del gas de inyección. (3. 3. 2010 Presión de cierre La (Fig. entonces.32) Donde Fc = Pd A p + S t (A b . Como no se tiene presión aplicada a las válvulas por medio de la TR la Pc se puede hacer igual a cero en la ecuación 3.A p ) Despejando Pt obtenemos: Pt = Pd + S t (1 . (3.A p ) Fo = Pt A p + Pt (A b . la presión debajo de la válvula es considerada como la presión en la TP y no la presión en la TR.32 Pt A p = PdA b + St (A b . 25-29 Oct.31 y resulta: Página 41 de 227 . La siguiente ecuación de balance de fuerzas. esto se conoce como presión de prueba (Ptro).A p ) ó Fo = Pt A p Sustituyendo las ecuaciones anteriores en 3. Cuando la válvula esta en la posición abierta.R ) Para determinar la presión en la TP a la cual la válvula se cierra. se hace: Pt= Pvc Pvc = Pd + St (1 – R)………………………………. bajo condiciones de operación.33) Después de establecer las presiones de apertura y cierre de las válvulas a condiciones de operación.8) representa una válvula operada por fluidos en posición abierta.. se establece para unos instantes antes de cerrar la válvula: Fa = Fo…………………. éstas deben ser calibradas en el taller para las presiones correspondientes a las esperadas en el pozo.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. esto quiere decir que pueden existir pequeñas caídas de presión en la TR. 2010 Ptro = Pd @ 60°F +S 1. uno de los principales es determinar si el pozo opera en flujo continuo o en flujo intermitente.. a continuación se enlista la función de las válvulas de Bombeo Neumático: · Descargar los fluidos del pozo de modo que el gas pueda inyectarse a la TP en el punto óptimo. aún cuando en muchas instalaciones no se cuenta con el tiempo para determinar que tipo de flujo es el óptimo. 3.8. · Controlar el flujo de gas bajo condiciones de operación. Esto esta en función del tipo de válvulas ya que no todas pueden usarse para ambos flujos.VÁLVULA OPERADA POR FLUIDOS 3. Página 42 de 227 .R FIG.5 DISEÑO DE UNA INSTALACIONES DE BOMBEO NEUMATICO En el diseño de una instalación de Bombeo Neumático son diversos los factores que se consideran.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 25-29 Oct.. lo cual representa problemas para el diseño. 25-29 Oct. Para determinar el máximo gasto de producción de un pozo sometido a un sistema de Bombeo Neumático Continuo. manteniendo una presión constante en la cabeza. Las ecuaciones de espaciamiento de válvulas pueden ser utilizadas para flujo continuo como para flujo intermitente. · El nivel de fluido en la TP ya sea que el pozo haya sido cargado con fluido de control o no. La (Fig. para mantener las válvulas de arriba cerradas.. La profundidad de la válvula de operación (punto de inyección) se basa en las características del pozo para obtener un determinado gasto con la presión de inyección disponible y tomando en cuenta la mínima inyección de gas requerida. para el análisis de ecuaciones se consideran válvulas operas por presión en TR. se emplean correlaciones en forma de curvas de gradiente de presión a través de tuberías verticales. la presión de inyección de gas deberá disminuir cada vez que el punto de inyección esta más bajo.9) muestra una instalación común de Bombeo Neumático Continuo. 2010 La localización de las válvulas se basa en lo siguiente: · La presión de gas disponible para descargar el pozo · La densidad del fluido o gradiente de los fluidos en el pozo a un determinado tiempo de descarga. 3. · La presión la presión de fondo fluyendo y las características de los fluidos producidos del pozo.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. · El comportamiento de afluencia al pozo durante el tiempo de descarga · La presión en la boca del pozo que hace posible que los fluidos puedan ser producidos o descargados. La presión de calibración de cada válvula se hace de acuerdo a la presión de operación. Página 43 de 227 . (3. 3. la profundidad de la primera válvula se regirá por la máxima presión de inyección de descarga disponible. El gradiente se define como: G= dP ……………………………………………………… (3.Pcp) ……………………………………………..Optimización de SAP AIATG Poza Rica.35) Gs Página 44 de 227 . 25-29 Oct. el gradiente estático del fluido y la contra presión de la batería de separación. 2010 FIG..9 TERMINOS BÁSICOS DEL BOMBEO NEUMÁTICO CONTINUO Profundidad de la primera válvula La primera válvula deberá ser tan profunda como sea necesario de acuerdo a la presión de inyección del gas.34) dh h1 = Pci Gs Si los fluidos son descargados a un separador: h1 = (Pci . Si el nivel del fluido es cercano a la superficie. (pies) Pci = presión de inyección del gas en la TR en la superficie.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. etc. es decir. al instante en que la Página 45 de 227 . (pies) ht = profundidad media de los disparos.. deberá tomar en cuenta el desplazamiento de líquido antes y después de correr las válvulas en el pozo. (psi) Pcp = presión en la cabeza del pozo. 25-29 Oct. presión y gradiente estático. (psi/pies) Dr = densidad relativa de los fluidos en el pozo. (pies) Si el nivel estático esta por debajo de la profundidad calculada h1. 0. que le llegue la presión de apertura. (agua =1) hs = nivel estático del fluido = ht – (Pfe/Gs).). Profundidad de las válvulas restantes Las ecuaciones para calcular la separación entre válvulas se derivan igualando la presión de inyección a la misma profundidad.10) ilustra la nomenclatura usada en estas ecuaciones. Antes de que una válvula sea descubierta. 2010 Donde: h1 = profundidad de la primera válvula. más la presión en la TP ejercida por la columna de líquido encima de la válvula.433 ®. (psi) Gs = gradiente estático. (3. La determinación del nivel estático de fluido por cualquier método (ecómetro. línea de acero. la Fig. la presión de TR a la profundidad de las válvulas es igual a la presión de inyección del gas por encima del nivel del fluido. la válvula podrá colocarse a la profundidad del nivel estático. La presión en la TP a la profundidad de la válvula un instante antes de que el gas entre en la TP. la presión en la TR es igual a presión de inyección a esta profundidad.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.36) Sustituyendo la presión de la TP por la presión de inyección.10 ILUSTRACIÓN DE NOMENCLATURA UTILIZADA EN ECUACIONES válvula es encontrada. queda: Pci = Pcp + Gfa (h1 – 1) + Gs (hi) Despejando hi: Página 46 de 227 . 3. 2010 FIG. 25-29 Oct. es: Pti = Pcp + Gfa (h1 – 1) + Gs (hi)…………………… (3.. 1) + hi ……………………………………. 25-29 Oct... (psi/pie) Pti = presión de la TP a la profundidad de la válvula (i). Presión en la cabeza del pozo 4. (3.1)] ……………………………. (psi) Pcp = presión en la cabeza del pozo.1 Diseño de una Instalación de Bombeo Neumático Continuo Datos requeridos para el diseño: 1. (pies) hi – 1 = profundidad de la válvula inmediata superior (i – 1).Gfa(hi . Diámetro de la tubería de producción 2. 2010 Dhi = [Pci . o la presión de cierre de la válvula en el pozo. (psi) Pci = presión de inyección del gas a la profundidad de la válvula (i). la cual puede ser tomada como la presión de apertura de la válvula a 60º F. Presión de inyección del gas 5. (psi/pies) Gs = gradiente estático del fluido. (pies) Gfa = gradiente de flujo por encima del punto de inyección.37) Gs Por lo que: Dhi = (hi . Profundidad del empacador 7. Temperatura en la superficie Página 47 de 227 . (pies) hi = profundidad de la válvula (i). Diámetro de la tubería de revestimiento 3. 3. Temperatura en el fondo del pozo 8. Profundidad media de los disparos 6. (3. (psi) i = subíndices indicador del número de válvula Después de calcularse las profundidades de espaciamiento deberán calcularse las presiones de cierre de las válvulas en condiciones de operación.Pcp .Optimización de SAP AIATG Poza Rica.5.38) Donde: Δhi = distancia entre las válvulas (i) e (i – 1). 433Dw…………………. (3.. Ubicar el punto del valor de la presión estática del pozo 2.1. Presión de fondo estático 11.40) Gw = 0.5. (3. Relación gas-líquido 16. Densidad del aceite 13.5 ………………………… (3.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.1 Diseño Gráfico de una Instalación En una gráfica cartesiana de presión contra profundidad: 1. Tipo de válvula 18. Densidad del agua producida 14. Gasto de producción deseado 10. Volumen de gas disponible 3.39) 131. Índice de productividad del pozo 12. de la siguiente manera: Do = 141. Obtener el nivel estático del pozo a partir del gradiente estático Gs.5 + °API El gradiente del aceite es: El gradiente del agua es: Go = 0. 2010 9. Densidad del gas de inyección 15.433 Do…………………. Relación agua-aceite 17. 25-29 Oct.41) Obteniendo el gradiente estático medio respecto al aceite y al agua: Gs = Go fo + Gw fw = Go fo + Gw fw fo + fw Para obtener el gasto de agua: Página 48 de 227 . Se calcula la presión y la temperatura del gas a la profundidad media del pozo. Calcular la presión de fondo fluyendo a partir de la caída de presión requerida para obtener la producción deseada. 3.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. (3. qt \ fo + fw = 1…………………….. Con el nivel estático (hs) y la presión de fondo estática (Pws) se traza una línea que las una. hs = ht - Pws ………………………………….. por el método de ensayo y error calculamos la presión de cierre de la válvula (Pcv).11). Página 49 de 227 . una vez que la diferencia entre un valor Pcv n -1 y Pcv n sea mínimo tomamos este valor como el de la presión del gas en TR a la mitad del pozo.42) Para el cálculo de la fracción de aceite y agua tenemos: fo = qo . (3. qt fw = qw . 4.45) Gs 3. (3.. 25-29 Oct.DP ……………………. Para ello se parte del índice de productividad del pozo (J).. con ello se obtiene la línea de gradiente dinámico de flujo y el valor del nivel dinámico. Se ubica la presión de fondo fluyendo (Pwf) en la gráfica. partiendo de este valor de presión se calcula la presión promedio para obtener el factor de compresibilidad del gas (Z) de la gráfica de factores de compresibilidad del gas natural (Fig. 6. se traza una línea paralela a la línea de gradiente estático que pase por dicho punto (Pwf).44) De la definición de gradiente de presión estático: Gs = DP Pws . 2010 RAA = qw Þ qw = RAA qo qo Como: qt = qo + qw Entonces: qt = qo + RAA qo…………… (3.hs Por lo tanto.46) 5. qt DP = J Pwf = Pws .43) Gs = Gofo + Gwfw………………………………………………… (3.0 = Dh ht . la cual se denomina línea de gradiente estático. (adim) Tavg = temperatura promedio en la columna del gas.. (º R) exp = base de los logaritmos = 2.47) 2 como se sabe que: Pcv = Pci + 0.718281 Página 50 de 227 ..028761Drg hv / Zavg Tavg ………………………… (3.49) 2 de la figura 3.48) para obtener la presión promedio tenemos: Pavg = Pci + Pcv …………………………………………. 25-29 Oct...000025 Pci hv……………… (3... 2010 Suponiendo que el gradiente de temperatura es lineal. (psi) hv = Profundidad de la válvula. Para calcular la Pcv se utiliza la ecuación: ) [( ] Pcv = Pci exp 0.. (pies) Zavg = Factor de compresibilidad promedio del gas.50) Donde: Pcv = presión del gas en la TR a la profundidad de la válvula... (3. (psi) Pci = Presión de inyección del gas en la superficie.016hv + 70 ……..11 obtenemos el factor de compresibilidad del gas. (3.... la temperatura promedio puede ser estimada como: Tavg = Tcp + 0....Optimización de SAP AIATG Poza Rica. .Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 3.COMPRESIBILIDAD DE LOS GASES NATURALES (STANDING Y KATZ) Página 51 de 227 . 25-29 Oct. 2010 FIG.11.. 2010 FIG 3.GRÁFICA PARA OBTENER EL GRADIENTE DE DESCARGA Página 52 de 227 ...Optimización de SAP AIATG Poza Rica.12. 25-29 Oct. 10.0 Donde: hi = punto de inyección deseado 9.12) que es la gráfica para determinar los gradientes de descarga.Pcp ……………………. 2010 7.2) 14. (3.51) hi . encontramos el punto de balance. Calcular el espaciamiento de la segunda válvula con la ecuación: Dh2 = Pci . 25-29 Oct. encontramos el punto el punto de inyección o la profundidad de la válvula de operación. Se traza el gradiente de temperatura en la misma gráfica uniendo los puntos de la temperatura de fondo con la temperatura en la cabeza del pozo. Se calcula la profundidad de la primera válvula utilizando la ecuación (3.12) a partir del gasto esperado y el diámetro de la TP. Con los valores de presión de gas en TR en superficie y a la mitad del pozo se traza la línea de gradiente de TR. Obtenemos la presión de cierre de la válvula 1 a partir de la profundidad y la presión de inyección del gas o presión de TR en superficie de la (Fig. La profundidad de las válvulas restantes se calculan basándose en la presión de cierre de la válvula superior. 3. 3.Pcp .53) Gs Por lo tanto: Página 53 de 227 . 13. trazando una línea perpendicular a este punto hasta interceptar la línea de gradiente dinámico de flujo. cuya intersección con la línea del gradiente dinámico de flujo...Optimización de SAP AIATG Poza Rica.35) h1 = Pci . que es el punto en donde P TR = P TP por lo tanto considerando una diferencia de presiones como margen de seguridad para variaciones en la presión de inyección de 100 psi. usando la (Fig.Gfa(hi .52) Gs 11. 8.Pcp ………………………………. (3.1) ………………. Obtenemos el gradiente de descarga de la (Fig. Con el punto de inyección y la presión en la cabeza del pozo se traza una línea a la cual se le llama gradiente de flujo por encima del punto de inyección el cual se calcula con la ecuación: Gfa = Pci . 12. …(3. 3. .5Bls/día/psi Pcp = 50 psi Pws = 3200 psi Pci = 850 psi ºAPI = 40 Tcp = 120º F Dw = 1. la cual será la válvula de operación.825 gr/cm3 3. (3.011 Ab Presión de cierre de las válvulas en la superficie (800.1.0 ht = 8200 pies Válvula recuperable sin resorte Ap = 0.39 Do = 0. método gráfico.463 psi/pie Página 54 de 227 .5. 2010 h2 = h1 + Δh2…………………………………. 750. 25-29 Oct.357 psi/pie 3.07 Tf = 220º F RAA = 6. 3.1.41 Gw = 0.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Se repite el punto 15 hasta encontrar una profundidad de válvula igual o cercana al punto de inyección. 780.1 Ejemplo de Diseño de una Instalación de Bombeo Neumático Continuo.40 Go = 0. 700) Sustituyendo datos en ecuación Obtenemos: 3. Datos: Ф TP = 21/2” q = 100 bls/día (requerido) J = 2.54) 15. Obtener la presión de cierre de la segunda válvula a la profundidad calculada y obtener h3 para localizar la profundidad de la tercera válvula con: H3 =h2 + Δh3 16. Posteriormente se calcula la profundidad para una válvula de fondo la cual se utiliza en caso de que el índice de productividad tenga un error o la presión de fondo decline. Optimización de SAP AIATG Poza Rica.54 h4 =4050 pies Página 55 de 227 .51 Gfa = 0.47 Tavg =577ºR 3.54 h2 = 2710 pies 3.52 h1 =1600 pies 3.42 qt = 700 bpd 3.43 fo = 1/7”.46 Pwf = 2920 psi 3.49 Pavg = 893 psi 3.446 psi/pie 3. fw = 6/7” 3. 25-29 Oct.226 Psi/pie 3..50 Pcv (con Z = 0.53 Δh2 =1110 pies 3.44 Gs = 0.913) = 727 psi 3.53 Δh3 =800 pies 3.48 Pcv = 935 psi 3. 2010 3.54 h3 =3510 pies 3.45 hs = 1025 pies 3.53 Δh4 =540 pies 3. Página 56 de 227 . será la válvula de operación.. 2010 Como se observa en los resultados obtenidos la tercera válvula a 3510 pies. puesto que esta es la válvula más cercana a la profundidad de inyección deseada de 3550 pies. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. por lo que no se requiere ajuste. 13 GRÁFICA DE DISEÑO Página 57 de 227 .Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. 3. 2010 FIG. 25-29 Oct. N. permitiendo que el volumen de gas necesario entre para desplazar el bache hasta la superficie en forma de pistón. Factores que deben ser considerados para un buen diseño: 1. El tipo de control en la superficie para la inyección de gas también tiene influencia Página 58 de 227 . 6. Presiones disponibles y colocación de las válvulas 4. Estos varían según las recomendaciones del fabricante y el tipo de válvulas a usar. Si se tiene un pozo con una productividad relativamente baja. Normalmente las válvulas operadas por presión pueden ser espaciadas a mayor distancia una de otra que las operadas por flujo. En seguida la válvula operante abre. Volumen de gas necesario para el bombeo neumático intermitente 9.N. debe ser espaciada considerando las condiciones de la sección en que vaya a trabajar. 2010 3. Inyección de gas a través de un solo punto e inyección múltiple 12. Cualquier válvula tal como una válvula combinada. entonces las válvulas superiores son usadas únicamente durante el proceso de descarga y pueden estar relativamente más juntas.C. llega a ser más complejo que el de B.. Tipo de instalaciones 2. ya que en este se permite que se acumule un bache de líquido arriba de la válvula operante. Diámetro del asiento de la válvula 7. Frecuencia de ciclo de bombeo neumático intermitente 10.5. 25-29 Oct.I. profundidad de colocación de la válvula superior 3.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.2 Diseño de una Instalación de Bombeo Neumático Intermitente El diseño de una instalación de B. Gradiente de descarga y espaciamiento entre válvulas 5. Resumen de las consideraciones para el diseño de una instalación Existen varios procedimientos para el espaciamiento de las válvulas. tipo de válvulas usadas en el bombeo 11. Porcentajes de recuperación 8. Diferencia entre la presión de apertura de la válvula operante y la carga del fluido a bombearse en la tubería de producción. Seleccionar el tipo de válvula. Página 59 de 227 . Para uso de este ejemplo se utilizará válvulas tipo CAMCO con 3/8”. Si se usa un control cíclico de tiempo entonces el valor de la amplitud no es tan crítico. Dicho diseño se vuelve más crítico si se utiliza un control por estrangulador.08 Solución: 1.(1500psi -60psi)] / 0. Método Analítico.. 3.De la (Fig. b) De la (Fig. 25-29 Oct. A3-2) con los Pvc @ L1 = 575psi a 2000 pies.45psi/pie 60psi 150ºF 600psi 100ºF 0. 4.. A3-1) calcular Factor de espaciamiento (SF) con el gasto de 300 bpd y TP de 2” se obtiene: SF = 0.5.1 Ejemplo de Diseño de una Instalación de Bombeo Neumático Intermitente..Optimización de SAP AIATG Poza Rica. – (Pws – Pwh)] / Gs = [5200pies .2. Datos: TP TR Profundidad Pws Índice de productividad (IP) Gasto (Q) % de agua (w) Gradiente de fluido estático (Gs) Pwh Temperatura Presión de línea Temperatura de inyección de gas Gradiente de fluido (Gf) 2” 5/2” 5200 pies 1500 psi 0. 2010 en el diseño de una instalación..45 psi/pie = 2000 pies 3.3bpd/psi 300 bpd 85 – 90% 0.086 2.Calcular la profundidad de la segunda válvula: a) Para la primera válvula se asume una presión de cierre Pvc = 550 psi por seguridad (se resta 50 psi a la presión de línea). se recomienda usar una válvula operante con la amplitud correcta para simular el volumen de gas requerido por ciclo.Calcular la profundidad de la primera válvula: L1 = [Prof.04-0.. .05psi/pie (2965pies)] / 0.0.Determinar la profanidad de la cuarta válvula: a) Para la tercera válvula se asume una Pvc = 530 psi b) De la (Fig. Pvc @ L2 = 575 psi a 2965 pies c) sustituyendo Pvc @ L2 y L2 en: Delta L2-L3 = [Pvc @ L2 – Pwh . 2010 c) Usando la ecuación Delta L1-L2 = (Pvc @ L1 – Pwh – Gf (L1)) / Gs Delta L1-L2 = (575psi .45 psi/pie = 640 pies d) L4= 3780pies+ 640pies = 4420 pies 7. A3-2).04psi/pie (2000pies)) / 0. A3-2). Pvc @ L3 = 574psi a 3780 pies c) Sustituyendo Pvc @ L3 y L3 en: Delta L3-L4 = [Pvc @ L3 – Pwh .Calculo de la profundidad de la tercera válvula: a) Para la segunda válvula. se asume Pvc = 540 psi b) De la (Fig.45 psi/pie = 965 pies d) Sustituir en: L2 = L1 + (delta L1-L2) = 2000pies + 965pies = 2965 pies 5..45 psi/pie = 815 pies d) L3 = 2965 pies + 815 pies = 3780 pies 6..Determinar la profundidad de la quinta válvula: a) Para la cuarta válvula se asume una Pvc = 520 psi b) De la (Fig.(Gf x L2)] / Gs Delta L2-L3 = [575psi – 60psi ..60psi . 25-29 Oct. Pvc @ L4 = 572psi a 4420 pies Página 60 de 227 .(Gf x L3)] / Gs Delta L3-L4 = [574psi – 60psi – 0.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. A3-2).06psi/pie (3780pies)] / 0.0. Pvc @ L6 =558psi a 5125pies Desde que las válvulas son empleadas en esta instalación.45 psi/pie = 450 pies d) L5 = 4420pies + 450pies = 4870 pies 8. Pvc @ L5 =565psi a 4870 pies c) Sustituyendo Pvc @ L5 y L5 en: Delta L5-L6 = [Pvc @ L5 – Pwh .Determinar la profundidad de la sexta válvula: a) Para la cuarta válvula se asume una Pvc = 510 psi b) De la (Fig. 25-29 Oct. en un taller son determinados de la (Fig.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. Tipo de válvula Tamaño de válvula (pg) Prof. A3-2). A3-3) de válvulas CAMCO de 3/8” y efecto de presión de 75 psi. de la válvula (pies) C C C C 3/8 3/8 3/8 3/8 2000 2965 3780 4420 Temperatura a la profundidad de la válvula (ºF) 121 131 140 147 Pvc (psi) Pvo @ 60 ºF.Determinar la última presión de la válvula: a) Para la quinta válvula se asume una Pvc = 500 psi b) De la (Fig. A3-2).08psi/pie (4870)] / 0. La presión de cierre de la válvula a la profundidad de la válvula son obtenidos de los cálculos de la profanidad de la válvula y la presión de apertura de la válvula a 60º F...(Gf x L5)] / Gs Delta L5–L6 = [565psi – 60psi – 0. 2010 c) Sustituyendo Pvc @ L4 y L4 en: Delta L4-L5 = [Pvc @ L4 – Pwh . a una temperatura en la superficie igual a la temperatura de inyección de gas de 100º F es asumida para el cálculo de temperatura de operación a la profundidad de cada válvula.07psi/pie (4420pies)] / 0.(Gf x L4)] / Gs Delta L4-L5 = [572psi – 60psi – 0. en Taller 575 575 574 572 615 605 595 585 Página 61 de 227 .45psi/pie = 255 pies d) L6 = 4870pies + 255pies = 5125 pies 9. 2010 C C 3/8 3/8 4870 5125 152 154 565 558 575 565 Página 62 de 227 .Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. 25-29 Oct. . 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. A3-1 Página 63 de 227 . 2010 FIG. 25-29 Oct..Optimización de SAP AIATG Poza Rica. A3-2 Página 64 de 227 . 2010 FIG. 2010 FIG A3-3 3.. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.6 OPERACIÓN DE BOMBEO NEUMÁTICO Página 65 de 227 . Inmediatamente el fluido de control entra a la tubería de producción. 4. forzando a bajar el nivel de líquido en el espacio anular hasta que la segunda válvula (600) psi es descubierta. variará de 625psi a 125 psi.10 psi/pie. 575 y 550 psi. Mientras se introduce continuamente gas al espacio anular. sin embargo es usual que un pozo a operarse en forma continua sea descargado continuamente.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. mientras que un pozo operado en forma intermitente es descargado por etapas. Inyectar lentamente gas al espacio anular a través de una válvula de aguja (estrangulador). La (Fig.6. Suponiendo que el pozo esta inicialmente cargado con fluido de control hasta la superficie.50 psi/pie. Esto se observa en la superficie por un incremento instantáneo en la velocidad del flujo que sale por la tubería de producción. esto es una diferencia de 500psi. ya que dicho fluido sube en forma de “U”. La descarga del pozo es una mezcla de gas y líquido y la presión en la tubería de revestimiento se estabiliza a 625 psi. para lograr el ascenso de los fluidos en la tubería de producción. 25-29 Oct.R. Por ejemplo si el gradiente de fluido de control era inicialmente de 0. La práctica común es la de descargar el fluido en una presa hasta que empiece a salir gas q través de la primera válvula o hasta que aparezca gas en la corriente. El hecho de que un pozo produzca en forma continua no impide que pueda descargarse en forma intermitente. 600. La válvula queda al descubierto debido a que el gradiente es considerablemente aligerado por el gas. Posteriormente la primera válvula (625 psi) es descubierta. es importante efectuar lentamente la operación para que los fluidos que pasan por las válvulas no las dañe. que es la presión de operación de la primera válvula. 3.1 Proceso de Descarga en una Instalación con Flujo Continuo.. Continúa la inyección de gas dentro del espacio anular. el proceso de descarga continua se efectúa mediante los siguientes pasos: 1. se requiere un incremento gradual de la presión en la T. se observa que el aparejo de producción tiene cuatro válvulas de bombeo neumático. 2. Si la distancia a la primera válvula es de 1250 pies. 5. con la inyección del gas pudo bajar a 0. 2010 3. 3. En la mayoría de los casos puede crearse un menor perfil de presiones en la tubería de producción mediante un proceso de descarga continua. del espacio anular hacia la tubería de producción. cuyas presiones de operación son: 625. La Página 66 de 227 . en la tubería de producción.14) muestra una operación de descarga continua. con lo cual el gas es inyectado dentro de la tubería de producción. un gradiente de 0.04 psi/pie suele ser suficiente para efectuar la descarga ( fig.. 3. la segunda válvula es instalada a (1250 + 900) = 2150 pies. Este hecho vuelve lento el proceso de descarga hasta que se alcanza la válvula operante.6. excepto que la descarga de fluidos se desaloja hacia la Página 67 de 227 . dicho pozo puede descargarse con una menor cantidad de válvulas que si se tratara de una instalación a operar con flujo continuo. el gas es inyectado a través de esta. según se indica a continuación. 8. con las que se trabaja el pozo hasta alcanzar la tercer válvula localizada a (335/0. El proceso de descarga intermitente es en principio muy similar al proceso de descarga continua. 2010 presión de la tubería de producción cuado el gas comienza a pasar por la primera válvula es de 50 psi (presión superficial) más (1250 x 0. A demás la presión en la tubería de revestimiento baja a 600 psi. transformándose en una mezcla de los fluidos que están desplazándose del espacio anular y los que salen de la formación. la presión en la tubería de revestimiento se estabiliza en 550 psi de presión de operación superficial y el pozo entra en producción. ya que la segunda válvula esta calibrada a 25 psi menos que la primera válvula. El gas se sigue inyectando continuamente hasta alcanzar la tercera válvula y se repite la misma secuencia hasta alcanzar la cuarta válvula. Quedan entonces (625 – 175) = 450 psi para trabajar el pozo hasta la segunda válvula. Tan pronto como es descubierta la segunda válvula. Durante la descarga del pozo. controlando la inyección del gas a loa superficie.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. la presión del fondo baja al punto en que los fluidos de la formación entran en el fondo de la tubería de producción. 6.15). 25-29 Oct. El proceso de descarga en flujo continuo debe ser una operación interrumpida. entonces. En este momento la composición de los fluidos cambia. 7.50) = 670 + 2150 = 2820 pies.2 Proceso de Descarga en una Instalación con Flujo Intermitente Si un pozo va a operarse con bombeo neumático en flujo intermitente (por ejemplo 50 bls/día a 8000 pies).10) = 50 + 125 =175 psi.10 x 2150) = 265 psi. 3. Los gradientes de descarga dependen del gasto esperado y el diámetro de tubería de producción.10 psi/pie desde la segunda válvula hasta la superficie. Si por alguna razón falla el proceso de descarga se recomienda iniciar la inyección y descarga intermitente. esto resulta en una diferencia de 600 – 265 = 335 psi. una vez que se alcanza la cuarta válvula a 3306 pies. Ya que la mayoría de los pozos con bombeo intermitente producen de 50 a 200 bls/día. siendo la presión en la tubería de producción a la profundidad de la segunda válvula de 50 psi + (0. la cual es de 900 pies. Las válvulas están espaciadas para permitir la descarga del pozo por si mismo. El gradiente en la tubería de producción es ahora de 0. en comparación con los 2800 pies a los cuales se colocó en la descarga continua.04 x 1250)) =10 psi. o sea que la segunda válvula queda a 2300 pies de profundidad en comparación con los 2150 para la descarga continua. Puede haber casos durante el proceso de descarga el flujo intermitente en que se dificulte transmitir la inyección de una válvula a la siguiente. Esto Página 68 de 227 .5 x profundidad/1000). comparado con las 150 psi en el proceso de descarga continuo. Una vez que la segunda válvula queda al descubierto. 2010 superficie por pistoneo y baches. Si el pozo esta lleno de fluido de control hasta la superficie. Esto permite un mayor tiempo entre los baches.04 x 1250 = 50 psi. un tiempo de ciclo adecuado es de (1.04 psi/pie desde la segunda válvula hasta la superficie. 25-29 Oct. Mediante un control de tiempo de una válvula instalada en la superficie. Nótese que el proceso de descarga intermitente se lleva a cabo con el mismo número de válvulas que el proceso continúo. Conforme se alcanzan mayores profundidades. la caída de presión es de 0. Con 50 psi (presión superficial). y la presión en la tubería de revestimiento disminuye a 600 psi. 2.. el proceso de descarga intermitente se lleva de la siguiente manera: 1. aún que este es un valor con un buen margen de seguridad para fines de diseño. El pozo se descarga exactamente de la misma manera que para flujo continuo hasta que la primera válvula queda al descubierto. La distancia entre la primera y segunda válvula es de (525/0. el tiempo del ciclo se gradúa para que el pozo opere en condiciones de operación. particularmente hasta que se logra alcanzar una mayor profundidad. 5. La presión en la tubería de producción a la profundidad de la segunda válvula es entonces (50 + (0.50) = 916 pies por lo que queda a (2300 + 916) = 3216 pies.04 psi/pie. El espaciamiento de la tercer válvula es de (458/0. 3.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. el pozo se gradúa para cortos períodos de inyección en intervalos breves. Esto resulta en (625 – 100) = 525 psi con la cual trabaja el pozo hasta la válvula siguiente. Un buen comienzo es ajustar la inyección del gas en intervalos de cinco a diez minutos en períodos de inyección de un minuto.04 x 2300)) = 142 psi. 4. Se repite la misma secuencia hasta que se descarga desde la cuarta válvula a 4008 pies. la presión total en la tubería de producción a 1250 pies es de (50 + (0. pero alcanzando una profundidad en comparación con los 3306 pies alcanzados en la descarga continua. la segunda válvula esta a una mayor profundidad. Tan pronto como se desaloja un bache desde la primer válvula. Si esto ocurre una solución es eliminar la contrapresión superficial y utilizar exceso de gas para descargar el pozo. se creó un gradiente de 0.50) = 1050 pies. Los líquidos en el espacio anular continúan su trayectoria en “U” hacia la superficie del mismo modo que el método de descarga continuo. Esto resulta en (600 – 142) = 458 psi con las cuales se trabaja el pozo hasta la válvula siguiente. Ahora. el gradiente de descarga se puede reducir a menos de 0. Sin embargo. . Página 69 de 227 . por consiguiente. crear mínima presión en la tubería de producción. 2010 permite a la válvula un mayor tiempo para cerrar entre los ciclos y. Tal efecto es de especial importancia si se desea alcanzar una válvula a mayor profundidad.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 25-29 Oct. 2010 FIG...14.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.SECUENCIA DE DESCARGA EN BOMBEO NEUMÁTICO CONTINUO Página 70 de 227 . 3. 25-29 Oct. 6.SECUENCIA DE DESCARGA EN BOMBEO NEUMÁTICO INTERMITENTE 3. ya sea en flujo intermitente o continuo. El tipo de control depende en gran medida del tipo de instalación. 3. existen condiciones adversas. A continuación se Página 71 de 227 .3 Controles Superficiales de las Válvulas de Inyección de Gas. 25-29 Oct. tales como congelamiento.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. influyen en la elección de tipo de control... Existen varias formas de controlar la inyección del gas a un pozo.15. 2010 FIG. Hay casos en que. pero requiere extremo cuidado en la selección de las válvulas. mientras que una pequeña amplitud causara que el pozo se cargue de líquido ya que el gas no es suficiente para desalojarlo. En lugar del estrangulador normal o ajustable a veces se instala una válvula de aguja. 3. 3. El estrangulador se instala en la línea de inyección del gas eligiendo el diámetro adecuado que permita el paso a la tubería de producción del volumen requerido de gas. Sin embargo.16) En los pozos con flujo intermitente que tiene válvulas desbalanceadas de bombeo neumático (pero de acuerdo a diferencia de presiones de apertura y cierre). este tipo de control requiere máxima atención para determinar el tamaño indicado del estrangulador superficial. Página 72 de 227 . pero son más propensos al congelamiento. Los estranguladores variables facilitan la obtención del tamaño adecuado. 25-29 Oct. Una válvula con gran amplitud y marcadamente sensible a la presión en la tubería de producción es la más adecuada para este tipo de operación. también puede hacerse el control mediante el estrangulador. 2010 mencionan varios tipos de controles superficiales.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. con las características de amplitud conveniente que permitan el paso del volumen adecuado de gas. El estrangulador es un buen método de control. Una excesiva amplitud causa un notable incremento en el consumo de gas. Para determinar el tamaño preciso del estrangulador se requiere emplear una ecuación adecuada de acuerdo a las características del pozo.6. El inconveniente del flujo de esa camisa es la contra presión adicional que puede crearse debido a sus curvas y restricciones.. El régimen de inyección de gas se calcula para que coincida con las características de entrada de fluidos de la formación al pozo.1 Estrangulador En flujo continuo.3. Esta es muy parecida al estrangulador ajustable y también tiene los mismos programas (Fig. el estrangulador es el más sencillo y eficaz método de control. Para resolver este problema el estrangulador puede alojarse dentro de una camisa a través de la cual se hace pasar la corriente caliente del pozo. se utiliza un regulador en serie con un estrangulador. ya que el regulador le impide que deje entrar demasiado gas en el espacio anular.6.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.19). La válvula de bombeo neumático no abrirá. 3. de modo que si ocurre el incremento de presión deseado en la tubería de revestimiento antes de que se transcurra el tiempo necesario para que ocurra el incremento de presión esperado en la tubería de producción. En un flujo continuo puede usarse un estrangulador en serie con una línea de control conectada a la tubería de producción en la cabeza del pozo (Fig.. También puede utilizarse un regulador en paralelo con un estrangulador para compensar las fluctuaciones de la presión de inyección del gas (Fig.. 3. 3. 3. Tal arreglo suele denominarse de control por estrangulador con cierre por presión de la tubería de revestimiento. los ciclos siguen siendo de 30 minutos debido a las características de la válvula y de la entrada de fluidos al pozo.16.ESTRANGULADOR 3. ya que se asegura no emplear gas mientras que el pozo fluya por si mismo.18).2 Combinación Regulador-Estrangulador En flujo intermitente. 25-29 Oct. Este es un excelente método de control para pozos con tendencia a fluir en forma natural.17) por este motivo el tamaño del estrangulador no es tan crítico. De cualquier manera las condiciones mencionadas requieren de un estricto control. Si el incremento de presión en la tubería de revestimiento ocurre en 20 minutos. si no hasta que la carga de fluidos en la tubería de producción se incremente lo suficiente para accionarla.3. esto evitará la entrada de gas para altas presiones en la tubería de producción.3. el regulador impida el paso del gas (Fig.3 Control de Tiempo En flujo continuo este tipo de control no es recomendable salvo en casos en que Página 73 de 227 . 2010 FIG. 3. Generalmente puede instalarse un estrangulador más grande de lo que normalmente es necesario.6. . 3. En superficie.17. (Fig. Por ejemplo. el control de tiempo es el método más común de controlar la inyección de gas.20) FIG.COMBINACIÓN REGULADOR – ESTRANGULADOR Página 74 de 227 . La graduación se hace mediante el simple ajuste de pasadores o variando el número de revoluciones del cronometro. el control puede graduarse casi a cualquier intervalo de inyección. 3.. 2010 el congelamiento impide el uso de estrangulador. El flujo intermitente. unas condiciones típicas serían. el gas necesario se inyecta a través de un asiento grande y se elimina el congelamiento. inyectar gas durante un minuto a intervalos de 30 minutos o durante 2 minutos durante 4 horas. 25-29 Oct. Instalando un control de tiempo para ciclos cortos y rápidos.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 18.ESTRANGULADOR EN SERIE CON UNA LÍNEA DE CONTROL A LA TP FIG.3. 2010 FIG.. 3..19.REGULADOR EN PARALELO CON UN ESTRANGULADOR Página 75 de 227 ..Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 25-29 Oct. . Toda la información recopilada en el campo debe ser analizada en la oficina tal Página 76 de 227 . flujo multifásico.4 Diagnostico de Fallas Este diagnostico incluye cálculos de bombeo neumático. equipo y operaciones de producción.20 CONTROL DE TIEMPO MANUAL 3. 25-29 Oct.6. Es importante que este trabajo sea complementado con trabajo de oficina incursionando en el taller y en el campo. comportamiento de pozos. 3.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 FIG. gráficas de registro de flujo. de modo que si posteriormente se presenta una falla. las gráficas de medidor de orificio que registran las presiones superficiales. etc. Mediante un análisis adecuado de las presiones superficiales en la tubería de revestimiento y en la tubería de producción. sea posible hacer las comparaciones pertinentes. son útiles en instalaciones con flujo continuo y con flujo intermitente.4.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.N. como fue determinada la fracción de agua. A partir de las presiones superficiales en la tubería de revestimiento y en la tubería de producción es posible determinar las siguientes operaciones subsuperficiales: a) Secuencia de descarga b) Operación de la válvula c) Válvula permanentemente abierta d) Fuga en el aparejo de producción (fuga en un cople. 3.6. En el taller se deben enfocar en las reparaciones y montaje de las válvulas de B. agujero en la tubería de producción. pueden diagnosticarse muchos problemas. En muchos casos puede hacerse mejoras mediante simples ajustes superficiales. ya que deben ser colocadas exactamente de acuerdo al diseño. Así como también debe verificarse la forma en que las válvulas fueron cargadas y calibradas. entre otras cosas. fuga en el asiento de la válvula) e) Fuga en el colgador de la tubería de producción f) Fuga en el empacador g) Incremento excesivo de la presión en la tubería de revestimiento durante la inyección. y registrarse sin tener que recurrir a los registros subsuperficiales o tener que realizar reparaciones al aparejo de producción.. h) Frecuencia inadecuada del ciclo de inyección de gas i) Apertura de una o más válvulas por ciclo de inyección Página 77 de 227 . como fue medida la producción total. 25-29 Oct. A demás deben investigarse las condiciones de los medidores de presión y temperatura. 2010 como: pruebas de pozos mediciones de presiones y temperaturas.1 Diagnostico de Falla con Información Obtenida en la Superficie El registro de las presiones en un pozo debe hacerse mientras que este opera correctamente. Como ya se mencionó. el cual registra gráficamente el comportamiento superficial de las presiones en la tubería de producción y revestimiento. Ejemplos: Página 78 de 227 . 2010 j) Estrangulamiento de la válvula operante en una instalación con flujo continuo k) Cambio en las condiciones del pozo l) Aireación excesiva m) Problemas de emulsión También a partir de las presiones superficiales en la tubería de revestimiento y en la tubería de producción pueden determinarse las siguientes operaciones superficiales: a) Control de tiempo permanentemente abierto b) Fuga en el asiento de la válvula motora del control de tiempo c) Falla mecánica del sistema de relojería d) Congelamiento en las líneas de inyección de gas e) Pérdida de presión en la línea de inyección f) Volumen de gas de inyección inadecuada en el sistema g) Excesiva contra presión en la cabeza del pozo h) Controles de tiempo para varios pozos abriendo al mismo tiempo i) Pozos fluyendo durante la inyección del gas j) Cabeceo en flujo continuo Una instalación de B. Sin embargo. 25-29 Oct. Si por razones económicas no se justifica dicha instalación en cada pozo. o en su defecto. entonces debe disponerse de un registrador de flujo portátil para analizar individualmente los pozos. puede considerarse incompleta si no tiene instalado un registro de flujo.. durante las 24 horas del día.N. realizar un registro visualizando los manómetros.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 25-29 Oct.. Página 79 de 227 . 2010 CAÍDA LENTA POR PROBABLE OBSTRUCCIÓN EN TP O L.D. Optimización de SAP AIATG Poza Rica..B. 25-29 Oct. FALLA EN A. 2010 POZO DESCONTROLADO.N. PASE A TRAVES DE LA BOMBA OPERANTE Página 80 de 227 . Optimización de SAP AIATG Poza Rica. SE QUEDÓ CERRADO Página 81 de 227 . 2010 FALLA EN EL PILOTO INTERRUPTOR. 25-29 Oct.. . VACIÁNDOSE.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. NÓTESE LA CAÍDA RÁPIDA Página 82 de 227 . 2010 FALLA PROBABLE TP O COPLE ROTO POZO. 25-29 Oct. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 OPERACIÓN INCORRECTA. OPERAN DOS VÁLVULAS Página 83 de 227 .. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 CAPÍTULO IV Página 84 de 227 .. Ébano. Pozos con producción de aceites viscosos b. 25-29 Oct. representa un incremento notable en la producción de aceite. Cerro Azul) es obvio que un mejoramiento en la eficiencia de operación en las unidades de bombeo. en este capítulo se llevará a cabo un análisis de los tipos de unidades de bombeo.este equipo convierte el movimiento rotatorio de la Página 85 de 227 .. sus componentes y consideraciones generales que se deben analizar durante el diseño y operación de una instalación. Por lo anterior y dada la importancia que tiene el Bombeo Mecánico como Sistema Artificial de Hidrocarburos.1 INTRODUCCIÓN El Bombeo Mecánico es uno de los Sistemas Artificiales de Producción que mayor impulso ha tenido dentro de la industria petrolera. Pozos alejados de instalaciones de inyección de gas o energía eléctrica e.. Pozos en zonas urbanas (por seguridad) f. Este sistema de bombeo es recomendable usarlo en pozos que presentan las siguientes características: a. 2010 BOMBEO MECÁNICO 4. El plan. En pozos con profundidades someras ( menores de 8000 pies) Uno de los requisitos previos para resolver los problemas de diseño es tener un buen conocimiento de las partes que integran una instalación. En México existen campos petroleros donde su uso es amplio (Nanchital. 1.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. En pozos que tengan desviaciones (direccionales) c. Agua Dulce Poza Rica. En pozos con baja recuperación de aceite d. Equipo superficial. El sistema de Bombeo Mecánico se usa cuando la energía de los Yacimientos es insuficiente para elevar los fluidos que se encuentra en el fondo del pozo hasta la superficie. así como la reducción de los costos de almacenamiento y mayor vida útil de las instalaciones de este sistema. . Para un buen diseño de una instalación de bombeo mecánico se debe hacer una buena selección del contra balanceo. Unidad de poder (motor).la función de esta sarta. 4.. el cual reduce el tamaño y los requerimientos de torque de la unidad de poder y reductor de velocidad..esta bomba es la que impulsa los fluidos del pozo hacia la superficie la cual es accionada por la sarta de varillas. Bomba subsuperficial. su mantenimiento tiene un bajo costo y brindan un servicio confiable al sistema. El movimiento de rotación de la manivela es convertido en un movimiento oscilatorio por medio de la viga móvil.2 EQUIPO SUBSUPERFICIAL 4. Los motores eléctricos tienen la ventaja de ser menos costosos..2. El barril de trabajo Página 86 de 227 . En la (Fig. 25-29 Oct. 2010 unidad de poder (motor) en un movimiento oscilatorio lineal 2. 3. estos elementos son: 1. 4. Dicha viga es soportada por el poste de apoyo y el cojinete principal o balero central. Por otro lado los de combustión interna tienen la ventaja de poseer un control de velocidad más flexible y operar en un amplio rango de consideraciones de carga.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.1 Bomba Subsuperficial Las funciones de una bomba son: introducir el fluido de la formación en la sarta de perforación y levantar el fluido admitido a la superficie. Sarta de varillas de succión.1) se muestran las partes que integran un Sistema de Bombeo Mecánico. es transmitir el movimiento de bombeo y la potencia a la bomba superficial.2.es la encargada de proporcionar la energía necesaria al sistema. Las varillas pulidas en combinación con el estopero se usan para mantener un buen sello y evitar fugas en la superficie. 4. 4. donde se muestra el arreglo del equipo superficial de una Unidad de Bombeo Mecánico. para lograrlo cualquier bomba debe contener 4 elementos esenciales como se muestra en la Fig. La cabeza de caballo y el cable colgador se usan para proporcionar la verticalidad del movimiento de la sarta de varillas y evitar que la varilla pulida se doble en la parte superior del estopero. Otra consideración importante es la selección de la unidad de poder (motor). En la actualidad se utilizan motores eléctricos y de combustión interna. Optimización de SAP AIATG Poza Rica. La válvula viajera Página 87 de 227 . El pistón 3.. 25-29 Oct. La válvula de pie 4. 2010 2. . 25-29 Oct. 2010 Página 88 de 227 .Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Al iniciar el ciclo descendente de las varillas. el pistón cae a través del fluido en la Página 89 de 227 .BOMBA SUBSUPERFICIAL En la carrera ascendente del ciclo de bombeo..PARTES DE UN EQUIPO DE BOMBEO MECÁNICO FIG.. 4.1. 2010 FIG.. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 4. la carga del fluido en el pistón hace que la válvula viajera se cierre y el fluido sea desplazado del Tubing a la superficie. el movimiento del pistón causa una disminución de presión arriba de la válvula de pie la cual se abre y admite el fluido de la formación. A demás.2. Bombas de TR 4. Es de notarse que la mayor producción se obtiene en la fase ascendente. Bombas de TP 2. las bombas de TP tienen la desventaja que para reemplazar la bomba hay que sacar la sarta de TP completa debido a que el barril de trabajo es parte integral de la TP. Bombas electro centrífugas Las bombas utilizadas en bombeo mecánico son utilizadas por una sarta de varillas las cuales se clasifican en: 1.3 Bombas de Inserción Las bombas de inserción se dividen de acuerdo a su operación en: Bombas invertidas o viajeras: En estas bombas el émbolo es estacionario y el barril es móvil. Este paso del fluido es un factor importante en la determinación de la efectividad de la bomba. la colección de la válvula de pie. Las bombas de TP tienen un mayor desplazamiento en comparación con las bombas de inserción.2. y el fluido pasa del pistón a la TP. La ventaja de este tipo de bombas es que el movimiento del barril elimina el avenamiento entre este y la TP pero los efectos por fricción aumentan. Página 90 de 227 . 4. el tipo de émbolo. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. debido a que el barril de trabajo es más grande y en consecuencia el émbolo posee un diámetro mayor. Bombas de varillas 2. Sin embargo.2. Bombas de inserción 3. Existen tres tipos de bombas subsuperficiales: 1.2 Bombas de Tubería de Producción Las bombas de TP son clasificadas en base al tipo de barril de trabajo. 2010 TP: consecuentemente la válvula viajera se abre y la válvula de pie se cierra. durante la bajada el fluido es desplazado únicamente en el TP por la caída de varillas.. Bombas hidráulicas 3. 3d). el asiento de la válvula de pie puede estar en el barril de trabajo o en un asiento especial que se encuentra en las de la TP. el émbolo esta moviéndose hacia abajo próximo a la base de la carrera.3c). el barril de trabajo es evacuado ocasionando el flujo de fluidos a la superficie.3a). Durante este tiempo. estas fases son aplicables en todos los tipos de bomba.5 Mecánica del Ciclo de Bombeo Las bombas para su funcionamiento deben cumplir con cuatro fases del ciclo de bombeo. 4. 25-29 Oct. 4. mientras que el fluido viaja hacia arriba a través de la válvula viajera que se encuentra abierta. En la (Fig. Este tipo de bombas solo se instalan en pozos con un alto índice de productividad y profundidades someras. en el émbolo se encuentra en descenso cerca de la cima de la Página 91 de 227 .3) En la (Fig. el cual forma un sello entre el barril de trabajo y la TR. la cual se encuentra cerrada. En la (Fig. La válvula viajera se encuentra cerrada y la válvula de pie abierta por la producción de fluidos en el fondo del pozo. Este tipo de bombas se introduce dentro del pozo con una sarta de varillas de succión y un empacador. se muestra el movimiento ascendente del émbolo cerca de la base de la carrera. Las bombas de inserción cuentan con una gran ventaja ya que estas se encuentran conectadas a la sarta de varillas y pueden sacarse a superficie sacando únicamente la sarta de varillas. En la (Fig. La válvula viajera esta cerrada y consecuentemente la carga de la columna de los fluidos es transferida de la TP a la sarta de varillas. el émbolo esta en movimiento ascendente cerca de la cima de la carrera. 4. 4. los cuales son ilustrados en la (Fig.3b). En este tipo de bombas. 4. 4.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.2. 4. el peso de la columna del fluido de la TP es soportado por la válvula de pie.. Cuando el émbolo llega a la cima de la carrera.4 Bombas de Tuberías de Revestimiento Estas bombas utilizan tubería de revestimiento para transportar el fluido bombeado a la superficie. 2010 Bombas con barril estacionario: en este tipo de diseño el barril de trabajo es estacionario y el émbolo es el elemento de trabajo En este tipo de bombas el barril de trabajo se baja sobre la sarta de varillas y es asegurado en la base se la sarta de TP para ofrecer un buen empaque al fluido y facilitar el movimiento relativo del barril de trabajo y del émbolo.2. El desplazamiento teórico de la bomba se determina por: PD = Ap Sp N x (1440min/día)/9702pg3/bl…………………. Bomba tipo varilla. barril estacionario con anclaje en la base Bomba tipo Varilla con barril viajero Bomba tipo TP zapata regular Bomba tipo TP con zapata de extensión y nicle. bl/Día Ap = Área transversal de émbolo. Esto es un volumen de fluido a desplazar en pulgadas por carrera.2. 4. barril estacionario con anclaje en la cima Bomba tipo varilla. pg N = Velocidad de bombeo. tomando en cuenta recomendaciones de prácticas de campo. 2.4 muestra los cinco tipos de bombas de dicha clasificación. 4. lo cual nos proporciona el viaje efectivo del émbolo y una velocidad de operación óptima.6 Clasificación de las Bombas según API El “AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE” ha implantado un sistema de clasificación para las bombas subsuperficiales. 3..Optimización de SAP AIATG Poza Rica.2) Donde: Pd = Desplazamiento total de la bomba.1484 Ap Sp N……………………………………… (4.. 4. 1. pg2 Sp = Carrera efectiva del émbolo. que se encuentra abierta.3 SELECCIÓN DEL TAMAÑO DE LA BOMBA El tamaño de la bomba esta en función de la profundidad de bombeo y volumen de fluido a producirse. la Fig. existe un tamaño óptimo del diámetro interno de la bomba. 5. el cual depende directamente del diámetro interno de la bomba. 25-29 Oct. Calculo del tamaño óptimo de la bomba. 2010 carrera. La válvula de pie cierra debido al incremento de presión que resulta de la compresión de los fluidos en el volumen comprendido entra la válvula de pie y la válvula viajera. epm Como sabemos que la constante para cualquier diámetro de émbolo es K = Página 92 de 227 . (4.1) Por lo tanto PD = 0. 4. Y finalmente el émbolo alcanza la base de la carrera dando nuevamente inicio a este ciclo. . (4.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.3.1484 Ap………………………..3) Sustituyendo (4.3) en (4. (4. 2010 0.2). 4. obtenemos: Pd = K Sp N………………………..4) FIG. 25-29 Oct.CICLOS DE BOMBEO Página 93 de 227 . ocasiona que el gasto de producción Página 94 de 227 . 4..4. 25-29 Oct.. 2010 FIG.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.CLASIFICACIÓN API DE BOMBAS La eficiencia volumétrica de la bomba (Ev). .4. P´ inicia su descenso en la cima y su ascenso en la base con la misma aceleración máxima. se obtiene de la (fig. entonces el punto P se mueve de arriba hacia abajo sobre el eje D-B periódicamente con movimiento armónico simple. esto nos indica que el volumen que desplaza la bomba en el fondo del pozo es mayor que el volumen producido..6b).4. entonces la ec. 4.7) SN Usando el desplazamiento total de la bomba obtenido del despeje de la ec. Supóngase una proyección P´-P perpendicular al eje D-B del círculo.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.80).5) el tamaño y longitud de carrera de la unidad de bombeo mecánico.. las características espumosas del fluido y el encogimiento son los factores que afectan la eficiencia volumétrica. el contenido de gas.72 PD …………………………………. (4. sea menor que el desplazamiento total teórico de la bomba. la cual se escribe así: PD = 0. la cual es impulsada por la viga móvil (fig.1 Movimiento Armónico Simple Este movimiento es uniforme y periódico.6 se escribe: Dp2 = 10.……… (4. Con este tipo de movimiento.4 ANÁLISIS TEÓRICO DEL MOVIMIENTO DE LAS VARILLAS 4. ilustrado en la Fig..2 Movimiento Manivela – Biela La manivela esta conectada por medio de un perno a un miembro rígido llamado biela.0. a la conexión superior de la biela se le denomina viga igualadora. el cual es mayor que 1. 4. La selección del diámetro del émbolo se calcula a partir de la ecuación 4. 4. 4.6a.5) El desplazamiento. 4.6) Si la carrera efectiva del émbolo es de 80% o más de la carrera de la varilla pulida (Sp/S = 0.5 y con la profundidad de la bomba. Q = P D Ev…………………………………. 4. Si P viaja alrededor del círculo con una velocidad angular constante. 25-29 Oct. El encogimiento es denotado por un factor. 2010 (Q). como lo muestra la trayectoria del círculo descrito por la manivela.4. 4.1166 x Dp2 Sp N…………………………. (4. Pro conveniencia. se supone un Página 95 de 227 . 2010 movimiento ascendente y descendente en línea recta. 25-29 Oct..Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Página 96 de 227 . Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 4.. 2010 FIG. 25-29 Oct.6. 4.5 GRÁFICA PARA SELECCIONAR EL TAMAÑO Y LONGITUD DE CARRERA DE LA UNIDAD DE BOMBEO FIG.MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE Y MOVIMIENTO MANIVELA – BIELA Página 97 de 227 .. esto es lo que difiere a las unidades. mientras que la parte superior de dicha carrera es menor. en la parte inferior de la carrera justo cuando la válvula viajera esta cerrando y el peso del fluido es transferido a las varillas. En una unidad balanceada por aire. la fuerza de aceleración es máxima. puesto que el esfuerzo máximo es un factor limitante en el diseño de una instalación.9) t Y si N es el número de revoluciones por unidad de tiempo: Página 98 de 227 . el sistema de palanca causa que la máxima aceleración ocurra en la parte superior de la carrera.7a) muestra la posición relativa de la biela con respecto al poste de apoyo y a la varilla pulida para dos tipos de unidades. Lo anterior se considera como la mayor desventaja de este sistema de palanca. 4. A este tiempo o la aceleración de la proyección (en este caso el sistema de varillas) es el mismo que el de la partícula moviéndose alrededor del círculo el cual vale. Es decir..4.. 25-29 Oct. la aceleración al inicio de la carrera es mayor que la aceleración armónica simple verdadera. como lo son la unidad convencional y la unidad balanceada por aire. mientras que en la parte inferior la aceleración es menor que la aceleración del movimiento armónico simple verdadero. La (Fig.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Esto es posible por la geometría del sistema de palanca. creando un esfuerzo máximo en las varillas.3 Movimiento de la Varilla Pulida Este movimiento es una modificación del movimiento armónico simple. a= Vp2 ………………….8) gc Donde: Vp = velocidad de la partícula g = radio del círculo Si el tiempo para una revolución de la partícula es t entonces: Vp = 2pgc …………………… (4. 2010 4. En una unidad convencional. (4. (4.MÓVIL Página 99 de 227 .10) Es decir N= 1/t sustituyendo estos valores en la ecuación (4..7 MOVIMIENTO DE LA VARILLA PULIDA Y MOV. APROX. 4. 2010 Vp = 2mg cN ………………….11) tenemos: FIG. DE CONEXIÓN BIELA VIGA. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. La elongación de varillas y TP se pueden determinar de gráficas proporcionadas por los fabricantes de varillas o bien se pueden calcular.12) g Como la longitud de la carrera de la varilla pulida es dada en pulgadas y la velocidad de bombeo es dada en emboladas por minuto. Al abrir la válvula de pie cesa el alargamiento en la TP y al recuperase su longitud normal.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.11 a= 2p2SN2 …………………………….11) gcg Sustituyendo: 4p2 gcN2 g Para una unidad de bombeo N es la velocidad de bombeo y “ g c” es con relación a la longitud de la carrera de la varilla pulida S. 2010 Vp2 a= ………………………… (4. (4.13) 70500 4.14) ArEr Página 100 de 227 . er = 12WfL ………………………. Para una deformación elástica hay una relación constante entre el esfuerzo aplicado al cuerpo y la deformación resultante. nos queda: gc = S 2 Sustituyendo en la ecuación 4. el barril de trabajo de la bomba se mueve hacia arriba y la elongación de la varilla causa un movimiento del pistón hacia abajo.4 Elongación de Varillas y TP Al empezar la carrera ascendente la válvula viajera se cierra causando elongación en la varilla.4...(4. entonces: a= SN2 ……………… (4. 25-29 Oct. La carrera efectiva del pistón es por lo tanto disminuida por una cantidad igual a la suma de las elongaciones de la TP y varilla resultante de la carga de fluido. 4 Dr NTF AP/144 Wf = 0. La ecuación para determinar la elongación de la TP es: Página 101 de 227 . La densidad relativa (Dr) se puede determinar de la fig. 4. es la profundidad del nivel de trabajo del fluido en el espacio anular de la TR en pies. Otra aproximación es suponer que el peso del fluido actúa sobre el área transversal del émbolo experimenta un empuje ascendente. 2010 Donde: Er = Elongación de las varillas Wf = peso del fluido sobre el émbolo.Ar ) …………………………….16) Donde NTF.. pies Ar = Área transversal promedio de las varillas.433 Dr NTF Ap……………………………………………. Por lo tanto la ecuación de la elongación de las varillas puede ser escrita de la siguiente forma: er = er = [(12)(0. pg2 Er = Módulo de elasticidad del acero La ecuación para el esfuerzo presentado por Marsh.15) er = ArEr En esta ecuación se supone una profundidad de bombeo igual a la profundidad del nivel de fluido en la TR.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. (4. lb L = longitud de la sarta de varilla. si el área transversal del metal de la TP (At) sustituye el área transversal de las varillas (Ar) en las ecuaciones anteriores. 25-29 Oct. (4.20DrL2 (Ap . esta aproximación es presentada por API y se expresa de la siguiente forma.. Wf = 62.8 La elongación de la TP se determina de una manera similar.17) ArEr Esta ecuación es general y puede ser usada cuando la profundidad de asentamiento de la bomba esta por abajo del nivel de trabajo del fluido. 5.433)DrNTFApL] ArEr [(5.20)(Dr )(NTF)(Ap)(L)] …………………………………………… (4. 4...8. 2010 er = [(5.Ar )(L )] ………………………… (4.18) 2 AtEt FIG.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.DENSIDAD RELATIVA DE LOS FLUIDOS Página 102 de 227 . 25-29 Oct.20 )(Dr )(Ap . 2010 En pozos poco profundos la elongación de la TP es pequeña comparada con la elongación de las varillas.19) Donde: Sp = carrera efectiva del émbolo.4. 25-29 Oct. Puede existir una considerable diferencia entre la longitud de la carrera de la varilla pulida y longitud real del viaje del pistón. La carrera del pistón es disminuida por los efectos de elongación de la sarta de varillas o TP y aumenta con el efecto de sobrecarga.5 Carrera efectiva del Pistón El volumen de aceite manejado durante cada embolada depende del pistón no de la longitud de la carrera de la varilla pulida. 4. Este movimiento relativo es llamado neta o efectiva carrera del pistón y puede definir en forma significante la carrera de la varilla.17 a cada una de las secciones de dicha varilla. por lo que frecuentemente se desprecia. pg Página 103 de 227 . pg et = elongación de la TP.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. pg ep = sobrecarga del émbolo. se obtiene aplicando la ecuación 4. Este movimiento relativo entre el pistón y el barril de trabajo nos da la carrera efectiva o neta del pistón. pg S = carrera de la varilla pulida. la cual difiere del movimiento de la varilla pulida a causa de los siguientes factores: · Elongación y contracción de varillas y TP · Sobre carrera de pistón · Efecto de vibración de las varillas · Fricciones en las sartas · Presencia de gas en el barril de la bomba Para efectos que determinen la carrera efectiva del pistón solo se consideran. la elongación de las varillas y TP y la sobrecarrera del émbolo que es resultado de la aceleración. Sp = S + ep – (et + er)………………………………………(4. La elongación en una sarta de varillas combinada.. (4.9) nos muestra que el efecto de contrabalanceo Cw debido a un Página 104 de 227 .21) Ci = 0.20) El efecto ideal de contrabalanceo es entonces: Ci = 0.1 Diseño de Contrabalanceo La función principal en contrabalanceo es almacenar energía en la carrera de bajada cuando la carga en la varilla pulida es bajada y proporcionar energía en la carrera se subida.22) Donde: Ci = Efecto de contrabalanceo teórico ideal. Contrabalanceo 2. = carga máxima de la varilla pulida..5 Wf + Wr (1 – 0. Reducción de velocidad 4. pg 4. lbs W máx. distribuir uniformemente durante el ciclo de bombeo las cargas y torques que deben ser sostenidas por el motor principal puede llevar el mismo promedio de cargas tanto en la carrera de subida como en la de bajada esto es: W max. 4. = Carga mínima en la varillas pulida.)………………… (4.5 (Wmax.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. + Wmin. – Ci = Ci – W min………………………. 2010 er = elongación de la varilla. lbs En esta ecuación se observa que el efecto de contrabalanceo ideal es igual a la mitad de la carga del fluido más el peso de la varilla en el fluido. 25-29 Oct. La (Fig. Potencia del motor principal 4. es decir.5 CÁLCULO DEL EQUIPO SUPERFICIAL En el equipo superficial se deben tomar en cuenta cuatro factores: 1. lbs Wf = Carga del fluido.127G)…………… (4. Torque sobre el reductor de engranes 3. lbs Wr = Peso de la sarta de varillas. cuando la carga en la varilla pulida es alta. (flotabilidad).5. lbs W min. . El punto O representa el eje de la biela y el punto P representa el balero de la viga oscilante. depende de la geometría o mecanismo de la unidad de bombeo. 25-29 Oct. la distancia de este punto a los extremos de la viga son L1 y L2 respectivamente.24 nos dan una relación entre el contrapeso y el contrabalanceo resultante. 4. La relación puede ser simplificada por la suposición de que el ángulo r es muy pequeño todo el tiempo. al centro de gravedad del contrapeso es de y la distancia del eje de la biela al balero del brazo Pitman es r.9) B = ángulo entre la viga oscilante y la horizontal en un tiempo determinada.24) g(cos g )(senf) + (seng )(cos f) Las ecuaciones 4.25) = L1 cos b r sen f Resolviendo nos queda: æ d öæ L ö Cw = Wcç ÷çç 1 ÷÷ …………………………… (4. Y = al ángulo entre el brazo Pitman y la vertical Ф = ángulo entre la biela y la vertical. si llamamos a esto efecto Cs el Página 105 de 227 . de la longitud de la carrera y de la posición del contrapeso.23 y 4. 2010 contrapeso de Wc.23) L(cos g )(cos f) + (seng )(senf ) Tomando momentos con respecto al punto O..26) è r øè L 2 ø Adicionalmente el efecto de contrabalanceo se puede prevenir por desbalanceo estructural de la instalación superficial misma. (4. Wc (d sen Ф) = (Fp cos g ) (R sen Ф) + (Fp sen g )( cos Ф) De donde: Fp = Wc d senf …………………. En la (Fig. Fp es la fuerza en el brazo Pitman la cual por el contrapeso siempre es tensión. Tomando momentos con respecto al punto P tenemos: Cw (L2 cos β) = (Fp cos g ) (L1 cos β ) + (Fp sen g ) (L1 sen β ) De donde: Fp = CwL 2 cos b ……………………… (4. por lo tanto se desprecia y la ecuación queda: CwL 2 cos b Wc d sen f ……………………………..Optimización de SAP AIATG Poza Rica. (4. La distancia del eje de la biela. 25-29 Oct. 2010 efecto total de contrabalanceo en la varilla pulida es: æ d öæ L ö C = Cs + Wcç ÷çç 1 ÷÷ …………………………. ( 4.9 EFECTO DE CONTRABALANCEO Página 106 de 227 .27) è r øè L 2 ø FIG.. 4..Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.32 En el intento de predecir el torque máximo de acuerdo a los cálculos de Página 107 de 227 . la ecuación 4. 4. 4. (4.33 en la ec.5. 2010 4. La carga de varilla pulida W es transmitida a la biela a través del brazo Pitman el cual suponemos vertical.28) Como T = S/2 se sobreentiende que cualquier calculo basado en la ecuación 4.. Los valores máximos posibles para la varilla W y sen Ф son respectivamente la carga máxima en la varilla pulida W máx.30 se reduce a: C = 2Wc d/s…………………………………………….30) Sustituyendo la ec..29) De la ecuación 4. La Fig. (4. L1 = L2) el desbalanceo estructural despreciable.31 Wc d = CS/2…………………………………………….2 Calculo de Torque o Par El calculo del torque es parecido a lo que se hizo en el diseño de contrabalanceo.. Como ya esta establecido.9 muestra las fuerzas que actúan en la biela en el instante en que esta forma un ángulo Ф con la vertical medida en el sentido de las manecillas del reloj al empezar la carrera ascendente.32 tenemos: T = W (S/2) sen Ф – C (S/2) sen Ф T = (W – C) (S/2) sen Ф………………………………….34 es la expresión aproximada para el torque instantáneo en la caja de engranes.31 es únicamente aproximado. 4. y sen 90º = 1 entonces el torque máximo es: Tp (Wmax – C) (S/2)…………………………………………. (4. las unidades de bombeo están valorizadas de acuerdo con el máximo torque permisible en la reducción de engranes.31) La ecuación 4. El torque neto con respecto a O (el cual es el torque en el engrane reductor) es: T = Wr sen Ф – Wc d sen Ф…………………………… (4. 4. Si en las condiciones geométricas de la instalación superficial no es considerado (es decir. debe tenerse presente que el contrabalanceo actual de la unidad debe ser algo diferente de lo ideal. Si q barriles por día de líquido con gravedad específica G es levantada de una profundidad de L pies. Suponiendo que el contrabalanceo es 90% del valor ideal.. 25-29 Oct.5. la potencia necesaria para ejecutar este trabajo es: Hh = qbl / d × 350 × Glb / bl × Lpies 1440 min/ d × 33000pies .3 Reducción de Velocidad del Motor Principal al Cigüeñal de la Unidad.lb / min/ hp Hh = 7. La potencia es transmitida a la polea del motor de diámetro De a la polea de la unidad de diámetro Du por medio de bandas “V”. la expresión para predecir el torque máximo es: Tp = (Wmax.34) Y la velocidad de la polea de la unidad es: Nu = Vb/ π Du = Ne (De / Du) r. si la velocidad del motor principal es Ne revoluciones por minuto. como una relación más general tenemos: Hh = 7. (4.. la velocidad de la banda es: Vb = πDe Ne pg/min………………………………….37) LA ecuación 4. (4.38) Página 108 de 227 . Primera.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.40 supone que la bomba este a nivel de trabajo del fluido y desprecia los efectos de la presión de la TP.33) 4.p.36 x 10 -6 q G Ln……………………………… (4. – 0.36) 4. Generalmente una unidad puede ser contrabalanceada entre 5 y 10 % del valor ideal. (4..36 x 10-6 GLhp………………………………….5. 2010 contrabalanceo ideal.……… (4. la velocidad de bombeo es: N = Nu / Z = Ne De / Z Du…………………….90 Ci) (S/2) ………………………………… (4.la potencia hidráulica (Hh) es una manifestación del gasto útil de la energía.m………………….4 Potencia Requerida para el Motor Principal Dos cargas de potencia deben considerarse en el movimiento de fluido de la bomba a la superficie.35) Si la relación de engranes en la caja es Z. Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 La evaluación neta Ln es la presión diferencial a través de la cual el fluido pasa (al moverse este de la bomba a la superficie) expresada como pies de líquido producido. La evaluación neta difiere de la profundidad a la que este sentada la bomba por los efectos de la presión en la TR ( la cual representa una fuerza que tiende a evitar que el líquido sea levantado). En términos de pies de fluido el efecto de la presión de la TP es la diferencia entre la profundidad de la bomba y el nivel de trabajo del fluido en la TR es decir L-D. El efecto de la presión en la TR pt es adicionada en la elevación actual, esta elevación es equivalente a: pt lb / pg2 × 144pg2 / pies2 3 Þ 62.4Glb / pies pt pies ……………………………. (4.39) 0.433 La elevación neta es dada por: pt ö æ pt ö æ Ln = L - (L - D ) + ç G ÷ = D + ç 2.31 ÷ ……………………………… (4.40) Gø è 0.433 ø è Segunda.- Potencia de carga subsuperficial que debe ser considerada en la pérdida de energía friccional entre la bomba y la varilla pulida. Esta ha sido encontrada empíricamente como perdidas de energía por emboladas. 1/8 Wr x 2S = 0.25 Wr S pg-lbs…………………………………………………… (4.41) Para la bomba que trabaja a velocidad N emboladas por minuto, la potencia por fricción es: Hf = 0.25 Wr SNpg - lb / min 12pg / pie × 33000pieslb / min/ hp Hf = 6.31-7 Wr SN hp……………………………………….. (4.42) La potencia total en la varilla pulida, por supuesto, es la suma de la potencia hidráulica y por fricción. La potencia al freno para el motor principal debe de suministrar la potencia en la varilla pulida y un factor de seguridad que tenga en cuenta la pérdida de potencia impredecible en el equipo superficial. Un factor de seguridad aceptable es 1.5 en cuyo caso la potencia al freno requerida para el motor principal debe ser: Hb = 1.5 (Hh + Hf)………………………………………………… (4.43) Página 109 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 4.6 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE BOMBEO MECÁNICO El objetivo de una instalación de bombeo mecánico es levantar el fluido de la formación a la superficie a razón de un volumen deseado. Por esto los factores a considerar para el diseño son: 1. gasto de producción deseado, bls/día 2. elevación neta del fluido, pies 3. 4. presión en la cabeza del pozo, psi densidad relativa de los fluidos del pozo 5. eficiencia volumétrica en la bomba. El conocimiento de estos factores hacen posible el conocimiento óptimo del tamaño del pistón, con lo cual resulte un mínimo de carga en las varillas y en el equipo superficial, torque mínimo en la caja de engranes y un requerimiento mínimo de potencia requerida para el motor. La determinación del tamaño del pistón permite la selección del tamaño de la TP, el tamaño de las varillas y la longitud de la carrera, así como la velocidad de la bomba, el torque requerido en la unidad y la potencia requerida en el motor. 4.6.1 Procedimiento de Diseño 1.- Con la presión de fondo fluyendo, la densidad relativa y la profundidad media del intervalo productor, se determina el nivel de trabajo del fluido: æ Pff ö NTF = h - 2.31ç ÷ è Dr ø 2.- Con el nivel de trabajo del fluido y la tabla No 1, se determina la sumergencia de la bomba y con ella la profundidad de bombeo: PB = NTF + SB 3.- Con el gasto de producción deseado y la eficiencia volumétrica de la bomba, se calcula el desplazamiento de la misma: PD = Q Ev Página 110 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 4.-Con el valor de desplazamiento de la bomba y la profundidad de bombeo, se entra a la tabla No 13 para obtener la longitud de carrera y el tamaño API de la unidad. De las recomendaciones del fabricante se selecciona la unidad de bombeo que tenga la longitud de carrera deseada y la clasificación API. 5.- De las tablas No 2 a la 9, se selecciona la adecuada y se obtiene: · · · · Diámetro del émbolo, pg Diámetro de la TP, pg Diámetro de las varillas, pg Velocidad de bombeo en función a la profundidad de la bomba, emp 6.- De tablas se obtiene: · Área de varillas, pg2, tabla No 10 · Peso de cada sección de varillas, lb/pie, Tabla No 10 · Área del émbolo, pg2, tabla No 11 · Constante de bomba, tabla No 11 · Área de la TP, pg2,, tabla No 12 7.- Usando las tablas No 12 y 9, se calcula la longitud fraccional de cada varilla de la sarta. L1 = PB R1 L2 = PB R2 . . . Ln = PB Rn 8.- Cálculo del factor de aceleración de cargas: α = (S N2) / 70500 9.- Suponiendo que la constante elástica de las varillas es de 30 x 106, se calcula la longitud de la carrera efectiva del émbolo: ep = (40.8 x PB2 aceleración)/ E [(5.20 )(Dr )(Ap - Ar )(L )] er = 2 AtEt et = 5.20 (Dr x PB ) / EAt Página 111 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 é 40.8PB 2a ù é 5.20DrNTFAp ù é PB Sp = S + ê ú-ê úû × ê At + E E ë êë úû ë L1 L 2 Ln ù + + .... + A1 A 2 An úû 10.- Se obtiene el gasto de producción probable y se compara con el gasto de producción deseado, si este gasto no se alcanza, se modifica la velocidad de bombeo. Q = K Sp N Ev 11.- Se calcula el peso de las varillas en el aire Wr = M1 L1 + M2 L2 +…+ Mn Ln 12.- Se determina el peso de los fluidos Wf = 0.433 Dr (PB Ap – 0.249 Wr) 13.-Se calcula la carga máxima sobre la varilla pulida y se compara con la máxima carga permisible por unidad seleccionada: PPRL = Wf + Wr (1 + α) 14.- Se calcula la mínima carga sobre la varilla pulida: MPRL = Wr (1 – α – 0.127Dr) 15.- se calcula el esfuerzo máximo en la parte superior de la sarta de varillas y se compara con el máximo esfuerzo de trabajo de las varillas a usar: EMC = PPRL / Arc 16.- se calcula el efecto de contrabalanceo ideal y se compara contra el contrabalanceo disponible por la unidad seleccionada: Ci = 0.5 Wf + Wr (1 – 0.127Dr) 17.- De las recomendaciones de los fabricantes se determina la posición de los contrapesos para obtener el efecto de contrabalanceo ideal. 18.- Suponiendo que el contrabalanceo real de la unidad seleccionada es del 95% del contrabalanceo ideal, se calcula el torque máximo sobre el reductor de engranes y se compara con el torque disponible por la unidad seleccionada: Página 112 de 227 1 Nivel de trabajo del fluido y sumergencia de la bomba.1.se calculan los siguientes parámetros: La potencia hidráulica: HPh = 7.95 Ci) (S/2) 19. 25-29 Oct.. seleccione una unidad más grande o ajuste los parámetros correspondientes..1 Tablas para el Diseño de Bombeo Mecánico Tabla No 4.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.6.más 500 1640 Página 113 de 227 . 2010 TM = (PPRL – 0.36 x 10-6 Q Dr Ln La potencia requerida para vencer las caídas de presión por fricción: HPF = 6..Si los valores obtenidos en los pasos anteriores son mayores que los disponibles por la unidad seleccionada.31x 10-7 Wr S N La potencia de la varilla pulida PRHP = 1. Profundidad del nivel de trabajo mts Sumergencia de la bomba Pies mts Pies 0 – 300 0 – 984 200 656 300 – 500 984 -1640 250 820 500 – 700 1640 – 2296 300 984 700 – 1000 2296 – 3280 350 1148 1000 –1400 3280 – 4592 400 1312 1400 – 2000 4592 – 6560 450 1476 2000 – más 6560 .5 (HPh + HPf) 20. 4. pg 2¾ Tamaño del TP. pies 1000-1100 Tamaño del pistón.2 Datos de diseño para unidades API – 40 con 34” de carrera. pg 7/8 1100-1250 2¼ 3 7/8 17 – 12 1250-1650 2¼ 2½ ¾ 17 – 12 1650-1900 2 2½ ¾ 17 – 12 1900-2150 1½ 2½ ¾ 17 – 12 2150-3000 1½ 2 5/8 – ¾ 17 – 12 3000-3700 1¼ 2 5/8 – ¾ 15 – 11 3700-4000 1 2 5/8 – ¾ 14 – 11 17 – 12 Tabla No 4. pies Tamaño del pistón. de la bomba. pg Tamaño de la varilla. 2010 Tabla No 4..Optimización de SAP AIATG Poza Rica. pg Velocidad de bombeo 1150-1300 2¾ 3 7/8 17 – 12 1300-1450 2½ 3 7/8 17 – 12 1450-1850 2¼ 2½ ¾ 17 – 12 1850-2200 2 2½ ¾ 17 – 12 2200-2500 1¾ 2½ ¾ 17 – 12 2500-3400 1½ 2 5/8 – ¾ 16 – 11 3400-4200 1¼ 2 5/8 – ¾ 15 – 10 4200-5000 1¼ 2 5/8 – ¾ 14 – 10 Tabla No 4. Prof. pg Velocidad de bombeo 3 Tamaño de la varilla. pg Tamaño del TP. 25-29 Oct.3 Unidades API – 57 con 42” de carrera Prof.4 Unidades API – 80 con 48” de carrera. De la bomba. Página 114 de 227 . pg Velocidad de bombeo 1400-1550 2¾ 3 7/8 17 – 12 1550-1700 2½ 3 7/8 17 – 12 1700-2200 2¼ 2½ ¾ 17 – 12 2200-2600 2 2½ ¾ 17 – 12 2600-3000 1¾ 2½ ¾ 16 – 11 3000-4100 1½ 2 5/8 – ¾ 16 – 11 4100-5000 1¼ 2 5/8 – ¾ 14 – 10 5000-6000 1 2 5/8 – ¾ 12 – 10 Tabla No 4. 2010 Prof. pies Tamaño del pistón.6 Unidad API – 160 con 54” de carrera Página 115 de 227 .. 25-29 Oct. pg Velocidad de bombeo 1700-1900 2¾ 3 7/8 17 – 12 1900-2100 2½ 3 7/8 17 – 12 2100-2700 2¼ 2½ ¾ 17 – 12 2700-3300 2 2½ ¾ 16 – 11 3300-3900 1¾ 2½ ¾ 15 – 10 3900-5100 1½ 2 5/8 – ¾ 14 – 10 5100-6300 1¼ 2 5/8 – ¾ 12 – 9 6300-7000 1 2 5/8 – ¾ 10 – 9 Tabla No 4. De la bomba. pg Tamaño de la varilla. pg Tamaño de la varilla. pies Tamaño del pistón. pg Tamaño del TP.5 Unidades API – 114 con 54” de carrera Prof. De la bomba. pg Tamaño del TP.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. pg Tamaño de la varilla. pies Tamaño del pistón.8 Unidad API 320 con 84” de carrera. Página 116 de 227 . pg Tamaño del TP.7 Unidad API – 228 con 74” de carrera Prof.. pg Velocidad de bombeo 2000-2200 2¾ 3 7/8 17 – 12 2200-2400 2½ 3 7/8 16 – 12 2400-3000 2¼ 2½ ¾ 16 – 12 3000-3600 2 2½ ¾ 16 – 11 3600-4200 1¾ 2½ ¾ 15 – 10 4200-5400 1½ 2 5/8 – ¾ 14 – 10 5400-6700 1¼ 2 5/8 – ¾ 12 – 8 6700-7750 1 2 5/8 – ¾ 10 – 8 Tabla No 4.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 Prof. de la bomba. pg Tamaño del TP. 25-29 Oct. De la bomba. pies Tamaño del pistón.7/8 14 –9 4500-5200 1¾ 2½ ¾ -7/8 12 – 8 5200-6800 1½ 2 11 – 7 6800-8000 1¼ 2 8000-8500 1 1/16 2 5/8 – ¾ 7/8 5/8 – ¾ 7/8 5/8 – ¾ 7/8 9–6 7–6 Tabla No 4.7/8 15 – 10 3700-4500 2 2½ ¾ . pg Velocidad de bombeo 2400-2600 2¾ 3 7/8 17 – 13 2600-3000 2½ 3 7/8 16 – 11 3000-3700 2¼ 2½ ¾ . pg Tamaño de la varilla. pies Tamaño del pistón.10 Datos de varilla de succión Página 117 de 227 .7/8 – 1 ¾ .7/8 – 1 ¾ .. pg Tamaño del TP.9 Unidad API 640 con 144” de carrera Prof. pg Velocidad de bombeo 2800-3200 2¾ 3 7/8 16 – 11 3200-3600 2½ 3 7/8 14 – 10 3600-4100 2¼ 2½ 14 – 10 4100-4800 2 2½ 4800-5600 1¾ 2½ 5600-6700 1½ 2½ 6700-8000 1¼ 2½ 8000-9500 1 1/16 2½ ¾ .7/8 – 1 ¾ -7/8 – 1 5/8 – 7/8 –1 5/8 – 7/8 –1 5/8 – 7/8 –1 8–5 7–5 7–4 6–3 5–3 Tabla No 4. pies Tamaño del pistón. de la bomba. de la bomba. pg Tamaño del TP. 2010 Prof.7/8 – 1 ¾ -7/8 – 1 5/8 – 7/8 –1 5/8 – 7/8 –1 5/8 – 7/8 –1 13 – 9 12 – 9 11 – 8 10 – 6 7–4 Tabla No 4. pg Velocidad de bombeo 3200-3500 2¾ 3 7/8 – 1 11 – 7 3500-4000 2½ 3 7/8 – 1 10 – 6 4000-4700 2¼ 2½ 9–6 4700-5700 2 2½ 5700-6600 1¾ 2½ 6600-8000 1½ 2½ 8000-9600 1¼ 2½ 9600-11000 1 1/16 2½ ¾ . pg Tamaño de la varilla. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. pg Tamaño de la varilla. Optimización de SAP AIATG Poza Rica. pg2 Peso de varillas en el aire.782 2–¾ 5.11 Constante de Bomba Diámetro del émbolo.046 15/16 0.132 1 – 1/8 0.640 4–¾ 17.270 ¾ 0.307 1.67 0. pg2(Ap) Constante.649 1 0.994 3.148 1–¼ 1.601 2.630 Página 118 de 227 .721 Tabla No 4.994 0.182 1 – 1/5 1.117 1 – 1/16 0. 25-29 Oct.307 0.785 0.046 ¾ 0.90 0.72 1. pg Área del émbolo.102 1 0.22 0.12 Datos de tuberías de producción 2.909 0.881 3–¾ 11.883 7/8 0.442 1.976 0. pg/lb-pie Er x 106 ½ 0.142 0. lb/pie Const. pg Área del metal.466 2–¼ 3.886 0.405 0.690 0. 2010 Diámetro de varilla..357 1 – 25/32 2.045 1.262 1–¾ 2.13 1.785 2.370 2 3.63 0.393 Tabla No 4. K 5/8 0.762 0.488 0.990 5/8 0.196 0.940 0.227 0.497 1 1/8 0. Elástica.590 2–½ 4.442 0. 221 3.800 2.7/8 -1 – 1 1/8 R1 = 0.1110 (Ap) R2 = 0.130 4.0896 (Ap) R2 = 0.759 – 0.476 3.199 + 0.375 1.0375 (Ap) R2 = 0.111 Tabla No 4.155 + 0.814 – 0.7/8 R1 = 0.181 + 0.0416 (Ap) R1 = 0.995 1.627 – 0. pg/lb-pie Et (1x106) 0.077 0.900 1. Diámetros en las varillas en la sarta (pg) Valor de R 5/8 R1 = 0.812 0.0364 (Ap) R4 = 0.500 2.154 4. 25-29 Oct.664 – 0.186 + 0.214 + 0. pg2 Constante elástica.000 3.0894 (Ap) R2 = 0.610 0.0325 (Ap) 4.958 3.441 1.155 + 0.123 + 0. Página 119 de 227 .0566 (Ap) 7/8 – 1 R1 = 0.304 0.1393 (Ap) R2 = 0.0416 (Ap) R1 = 0.307 2.13 Datos para la selección de sarta de varillas combinadas.137 + 0.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.875 2.500 1.0421 (Ap) R3 = 0. pg Diámetro interior.786 – 0.500 3.0566 (Ap) R2 = 0.2 Ejemplo de Diseño de una Instalación.6.992 2.601 0.241 + 0.. 2010 Diámetro exterior.7/8 ¾ .7/8 – 1 ¾ . pg Área del metal.582 – 0.0478 (Ap) R3 = 0.158 + 0.0896 (Ap) ¾ .590 0.0737 (Ap) R3 = 0.0375 (Ap) 5/8 – ¾ . se determina el desplazamiento de la misma: PD = Q/Ev = 600/0..con la producción deseada y suponiendo que la eficiencia volumétrica de la bomba es del 90%.90 = 666..con el nivel de trabajo del fluido y la tabla No 4.De tablas se obtiene: Página 120 de 227 . 1” d) velocidad de bombeo correspondiente a la profundidad de bomba N = 13.2 a la 4. se obtiene la sumergencia de la bomba y la profundidad de bombeo: PB = NTF + SB = 3832 + 1312 =5144 pies 3..9 los siguientes datos: a) Diámetro del émbolo Dp = 2 pg b) Diámetro de la TP DTP = 2 ½ pg c) Diámetro de varillas Dv = ¾”.31) (1392/0. la profundidad de bombeo. 2010 Solución: 1.De la tabla No. 7/8”.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. 25-29 Oct. obtenemos la longitud de carrera y el tamaño API de la unidad que se deberá usar en la tabla 4..9: S = 144 pg El tamaño de la unidad es de 640 5.1.4 pies 2.Con el desplazamiento de la bomba.9 se selecciona la adecuada y se obtiene de la tabla No 4. 4.7 bpd 4.31(Pwf/Dr) = 7290 – (2.7 epm 6...93) = 3832.Calculo del nivel de trabajo del fluido: NTF = h-2. 466 bl/d/pg/epm c) De la tabla No..7)2/70500 = 0. 4.0894 * 3.142) = 0. se obtiene la longitud fraccional de cada sección de varillas: R1 = 0.155 + 0..Suponiendo que el modulo de elasticidad de las varillas es de 30 x 106.11 Área del émbolo ( Ap) = 3.383 =1970 pies/25 =79 varillas de ¾ “ L2 = PB R2 = 5144 x 0.812 pg2 Usando las tablas No. 11 y la 13.0.12 obtenemos el área de la TP: At = 1.383 9.601 0.142pg2 Constante de la bomba (K) = 0.16 2.181 + (0.155 + (0.0416 * 3.(0.10 obtenemos.. 25-29 Oct.0478 * 3. área y el peso para cada diámetro de varilla a usar Diámetro de varilla (pg) (Dv) Área de varilla (pg2 ) (Av) Peso de varilla (lb/pie) (M) ¾ 7/8 1 0.En este punto se determina la longitud de cada sección de la sarta.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.181 + 0.0416 Ap = 0.142) = 0.142) = 0.63 2. 2010 a) de la tabla No 4.383 R2 = 0. se calcula longitud de la carrera efectiva del émbolo: SP = S + ep – (et +er) Página 121 de 227 .el factor de aceleración de carga se obtiene de la siguiente manera: Aceleración = (S N2)/70500 = (144) (13. considerando varillas de 25 pies de longitud: L1 = PB R1 = 5144 x 0.442 0.286 7.664 .785 1..664 .0478 Ap = 0.286 = 1471 pies/25 = 59 varillas de 1” 8.0894 Ap = 0.331 = 1702 pies/25 = 68 varillas de 7/8” L3 = PB R3 = 5144 x 0.331 R3 = 0.88 b) el área del émbolo y la constante de bomba de la tabla No 4. Optimización de SAP AIATG Poza Rica.88)(1471) = 11126 lb 12..466) (134.-En este punto se calcula la carga máxima sobre la varilla pulida y se compara con la máxima carga permitida por la unidad seleccionada: PPRL = Wf + Wr (1 + aceleración) = 5191 + 11126 ( 1 + 0. se determina la producción probable y se compara con la producción deseada: Q = PB Ev = 0.127 Dr)) = (0.442) + (1702/0.16)(1703) + (2..383) = 20578 lb 14.383)/ 30x106] – [5. 11.5) (5191) + [11126(1. 2010 SP = 144 + [(40..Se calcula el valor del efecto de contrabalanceo ideal y se compara con el de la unidad seleccionada: Ci = 0.5 pg 10.20 ((0.93 ((5144 x 3.142)/30x106)][ (5144/1.con los datos de M y L.5) (13.93))= 5551 lb. el diseño se continua.Determinar el esfuerzo máximo en la parte superior de la sarta de varillas y se compara con el máximo esfuerzo de trabajo de las varillas seleccionada: EMC = PPRL/Arc = 20578 / 0.93))] = 12407 lb Página 122 de 227 .127x 0.142) – (0.Calculo del peso de los fluidos bombeados: Wf = 0.80) =687 bpd Al comparar las producciones nos damos cuenta que la deseada es menor que la calculada.812)+ (1970/0.93 x 3832 x 3.5 Wf + Wr (1.(0.294 Wr)) Wf = 0..433 [0.1484 Ap SP N Ev = K SP Ev = (0.785)] = 134.8 x 51442 x 0.7) (0.Con la eficiencia volumétrica estimada.127x0.601) + (1471/0.Mínima carga que actúa sobre la varilla pulida: MPRL = Wr (1-aceleración – (0. 15.433 Dr ((PB) (Ap) – (0. se calcula el peso de la sarta en el aire: Wr = (1..785 = 26214 psi 16.294 x 11126))] = 5191 lb 13. 25-29 Oct..(0.383 – (0.127)(Dr)) = 11126(1 – 0.63) (1970) + (2.. Optimización de SAP AIATG Poza Rica.31x10-6 Wr S N = 6.5 38.36 x10-6 Q Dr PB = 7.2 29..8 21 25.5 20 12 34 27 35 22.4 12.5 (HPh + HPf) = 1.2 21 18 24.De las recomendaciones de los fabricantes.P.Calculo de la potencia que se debe disponer en la varilla pulida: Potencia Hidráulica: HPh = 7.5 Serie 450 / (4.. se puede decir que el diseño es bueno. 2010 17.CBE) (S / 2) = (20578 – (0.6 16.Tomando como el efecto de contrabalanceo real (CBE) es el 95% del ideal..95x12407)) (144/2) = 632.5 15 19.) Hp 8.E. 7.5 Volts 415 400 690 330 415 415 650 440 750 650 Amps 13..E.31x10-6 (11126) (144) (13.5 (24 + 14) = 57 hp 20.5 34.) H.6 25.5 Página 123 de 227 . se determina la posición de los contrapesos para que se obtenga el efecto de contrabalanceo ideal.5 22.2 Volts 415 390 455 390 415 445 450 450 465 540 Amps 14.5 25.7) = 14 hp Potencia requerida de la varilla pulida: PRHP = 1.Puesto que los parámetros de operación calculados en este ejemplo pueden ser manejados por la unidad seleccionada. Serie 375 / (3.75" D.977 pg-lb El torque disponible para la unidad seleccionada es 640000 pg-lb 19. 18. se calcula el valor del máximo torque ejercido sobre el reductor de engranes y se compara con el torque disponible por la unidad seleccionada: TM = (PPRL .93)(5144) = 24 hp Potencia para vencer la fricción: HPf = 6.36x10-6 (687)(0.5 10. 25-29 Oct..9 30 29.5 29.5 35.5 22.56" D. 5 41.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.5 50.5 990 90 1320 102 1480 24.5 63 Serie 738 / (7.) Volts 440 Amps 15 440 2..E) HP Volts Amps 200 2300 54 1350 101 220 2300 59 240 2300 65 260 2300 70 Motores Tandem 400 2300 108 440 2000 136 480 2200 135 520 2300 140 HP 10 15 20 25 30 Serie 456 (4.5 57. E.43” D.3 50. 25-29 Oct.1 26 51 50.5 51 51.4 35.5 Motores Tandem 109 126 143 HP 20 30 40 950 1080 840 Serie 540 (5.E.5 51.38" D.3 50 39.5 33.5 775 450 710 415 465 585 725 570 705 845 670 845 670 775 980 775 880 20.5 38 31 51 51.5 71.2 32.5 57.2 54.) Volts 445 71 72 105 Amps 29 762 17 445 44 720 27.5 860 67.5 460 28 760 17 420 38 720 22.3 40.6 37.56”D.8 46.5 445 59 670 39 740 36 890 30 Página 124 de 227 .7 40.5 51.5 51.5 29.5 34 50 39.5 440 43. 2010 780 Motores Tandem 30 630 39 575 45 660 740 100 51 1250 58.3 750 13. 5 690 25 50 800 40 50 60 70 80 90 100 110 120 430 75 740 44 920 35 445 87 665 58 755 52 450 57 675 38 900 28.5 180 1000 113 1080 65 1160 108 1240 57 2220 57 1000 77 1200 120 1170 66 2300 62.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.5 1350 57 2300 33.5 Serie 456 80 100 120 130 200 225 Serie 540 Página 125 de 227 .5 1000 38 1185 44 980 45 740 85 785 57 855 74 1170 38 960 66 900 57 1100 58 1120 46 770 98 1350 38 890 85 1000 57 1330 57 1260 45 835 98 1500 38 965 84 1120 57 150 965 97 970 66 160 1015 99 1400 45.5 1035 44 685 76 770 66 890 58 60 70 670 57 840 45. 2010 35 765 25 400 43.5 890 44 700 45.5 775 58 840 38 880 51 980 32.. 25-29 Oct. La válvula de pie abre y la viajera cierra instantáneamente al iniciarse la carrera ascendente.La válvula de pie cierra y la válvula viajera abre instantáneamente al iniciar la carrera descendente 6... no existen fuerzas de aceleración.No existen fuerzas fricciónales 4.) Motores Tandem 1080 2280 1270 2160 2270 2140 2275 2250 82.10. 4. la línea CD representa la carrera descendente lo cual nos indica que la carga en la varilla pulida es únicamente el peso de las varillas en el fluido.E.) Motor Tandem 2060 2150 2250 2230 2200 2475 70 69...El bombeo del pozo es lento.5 50 59 62 70 240 260 300 320 400 800 (5. Al final de la carrera ascendente la carga del fluido es inmediatamente transferida a la válvula de pie. Considerando un sistema de bombeo ideal en el que se suponen las siguientes condiciones: 1. Página 126 de 227 .5 115 122 4.5 39 80 47.No existe vibración dentro del sistema 3.5 83 88. 2010 140 160 180 200 220 240 (456”D.43”D. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Si estas seis condiciones fueran posibles. 2.No hay cambios en la longitud de las varillas. en la cual la línea AB representa la carrera de subida donde la carga en la varilla pulida es la carga debida al fluido más el peso de las varillas en el fluido...6. es decir..E. 5.3 Interpretación de Gráficas Dinamométricas. la gráfica dinamométrica para ese pozo sería un rectángulo como el mostrado en la Fig. el momentáneo descenso de carga de B – C es el resultado del alargamiento de las varillas el cual ocurre cuando estás toman la carga del fluido. Página 127 de 227 . cerca de la mitad de la carrera descendente. como las varillas se mueven hacia arriba (en relativo) movimiento armónico simple). por lo que a continuación se presenta la interpretación de una carta dinamométrica de un sistema de bombeo mecánico real.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 En el caso de un sistema de bombeo mecánico real. La carga de aceleración (en la cual la carrera de bajada disminuye la carga de la varilla pulida) aumenta hasta el punto G. como lo muestra la línea A – B. como se muestra en la (Fig.4 Sistema Analizador de Pozos (Ecómetro) El principal objetivo de estos sistemas es la de proporcionar todos los datos necesarios para analizar el comportamiento de los pozos y su sistema de producción. la carga de aceleración decrece así como la velocidad de las varillas a cero. el punto E representa el final de la carrera ascendente y el principio de la descendente. Del punto D al E. Estos factores también dificultan el análisis de la gráfica y siempre están presentes y contribuyen significativamente en la carga total de la varilla pulida. la válvula viajera abre y la de pie cierra. es el momento en que la carga del fluido es transferida a la varilla pulida. Del punto G al A la carga de aceleración disminuye causando un aumento en la carga de la varilla pulida. teóricamente a la mitad de la carrera ascendente. No se ha tomado sin embargo la influencia de las vibraciones y fricciones en el perfil de la carta dinamométrica. y nos permite determinar la profundidad del nivel de líquido en un pozo.. 4. 4. Existen básicamente dos tipos de aparatos para realizar un registro de nivel. analógico y digital: • Analógicos: proporcionan una tira de papel térmico en el cual se tiene que realizar la interpretación. la carga de aceleración aumenta hasta alcanzar el máximo valor en D. donde la mínima carga de la varilla pulida ocurre. Cuando las varillas caen.6. ninguno de los seis puntos se cumple. En el punto F la válvula de pie toma la carga de fluido y se nota un marcado descenso en la carga de las varillas pulidas. Ecómetro El ecómetro es un instrumento. cuyo principio de operación esta basado en la acústica. 25-29 Oct.11) En esta figura. el punto A representa la terminación de la carrera descendente e inicio de la carrera ascendente y el instante en que la válvula viajera cierra. 10. 4. liquido sobre la bomba. 25-29 Oct. presión de fondo. al “chocar” con los coples. FIG. presión de la columna de gas e inclusive se puede obtener la presión estática. este es amplificado. Principio de Operación Se genera un pulso de presión el cual viaja a través del espacio anular.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. fluidos o alguna otra obstrucción genera un eco el cual es captado por un micrófono que lo convierte de un pulso de presión a un pulso eléctrico. 2010 • Digitales: Pueden proporcionar.CARTA DINAMOMÉTRICA IDEAL Página 128 de 227 . filtrado y finalmente grabado en un papel térmico o en la computadora (dependiendo del tipo de aparato que se este utilizando) para su interpretación... nivel de liquido. debido a que cuentan con computadora. 25-29 Oct. 2010 FIG.Optimización de SAP AIATG Poza Rica..11 CARTA DINAMOMÉTRICA REAL Página 129 de 227 . 4. Optimización de SAP AIATG Poza Rica..12MODIFICACIÓN A LA CARTA DINAMOMÉTRICA POR EFECTO DE ALARGAMIENTO Y CONTRACCIÓN DE LAS VARILLAS. Página 130 de 227 . 2010 CARRERA ASCENDENTE CARRERA DESCENDENTE 0 FIG 4. 25-29 Oct. Optimización de SAP AIATG Poza Rica..13 MODIFICACIÓN A LA CARTA DINAMOMÉTRICA POR EFECTO DE VIBRACIONES DE LA SARTA DE VARILLAS Página 131 de 227 . 2010 CARRERA ASCENDENTE CARRERA DESCENDENTE 0 4. 25-29 Oct. 25-29 Oct..Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 GRÁFICA DE UN REGISTRO DE ECOMETRO Página 132 de 227 . durante la carrera descendente que tiene como función principal. 25-29 Oct. el esfuerzo y resistencia se aplican en un mismo extremo del balancín con relación al apoyo que se encuentra en el otro extremo. Es el tiempo durante el cual la columna de fluidos se eleva. 4. Las diferentes distribuciones de palancas y localización de los cojinetes en el balancín con relación a la flecha de la manivela. La clase I. 2. Fuerzas que retardan la carrera descendente..1 Efectos de la Geometría en las Unidades de Bombeo Mecánico Existen tres factores que controlan descendente y la velocidad de bombeo: 1.7 EQUIPO SUPERFICAL Y GEOMETRÍA DE LA UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO La geometría de todas las unidades de bombeo mecánico cae dentro de dos clases: 1. Para ambas unidades. La parte productiva ocurre durante la carrera ascendente cuando se eleva la columna del fluido y el no productivo. Cuando la unidad está elevando al fluido. Geometría de la unidad. regresar a las varillas y al émbolo a su posición en el fondo. el ciclo de bombeo se divide en dos partes: productivo y no productivo. Página 133 de 227 . 3. el esfuerzo del motor principal está aplicado en un extremo del balancín y la resistencia de la carga del pozo está aplicada en el extremo opuesto del balancín. 2010 4. dan como resultado las distintas geometrías.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. La carrera ascendente es productiva por dos razones: 1. El regreso más rápido de las varillas en esta parte del ciclo no productivo hace que la carera ascendente productiva se presente más pronto. hay varios factores importantes que deben reconocerse. tiene el reductor de engranes colocado en la parte trasera con apoyo a la mitad del balancín y está representado por la unidad convencional. con el reductor de engranes colocado al frente. Su apoyo está cerca del centro. Primeramente. el movimiento de la carrera Longitud de carrera. La clase III. representada por las unidades Mark II y aerobalanceada.7. 2. 25-29 Oct. con aceleración relativamente baja. las características de aceleración son opuestas. puede operar en sentido contrario pero no se debe.B. En la unidad de bombeo mecánico hay 4 características importantes de movimiento: 1. 2010 2. La velocidad angular constante de la manivela en la unidad convencional (clase I). ya que la rotación de los dos lados por su sistema interno da lubricación a los engranes del reductor. 4. 4.7. se realice con aceleración relativamente alta y la inversión de movimiento en la parte superior. Aceleración máxima desde el fondo para elevar la carga total de varillas y fluido.. Esta geometría hace que el sistema realice la inversión de movimiento en el fondo con baja aceleración y en la parte superior con un poco más de aceleración que en la unidad convencional. 4.M.1. Es el tiempo durante el cual el fluido del pozo entra al barril de la bomba. la fuerza de gravedad jala a las varillas hacia abajo en contra de las fuerzas de fricción y flotación.12) Página 134 de 227 .1 Unidad de Bombeo Mecánico Convencional En la U.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. En las unidades Mark II y aerobalanceadas (clase III). Aceleración máxima al iniciar la carrera descendente. El tiempo que dura la carrera ascendente. 3. convencional su balanceo es a través de contrapesos y su rotación (vista del lado izquierdo de la unidad) es en contra de las manecillas del reloj. misma durante el que se llena el barril de la bomba. durante la carrera descendente. hace que la inversión de movimiento de la varilla pulida en el fondo. Esto es fácil de entender debido a que el cable colgador de acero trabaja únicamente a tensión y no son capaces de empujar las varillas hacia abajo. 2. La forma en que realmente trabaja la unidad es: durante la carrera ascendente eleva las varillas y el fluido. Debe tomarse como referencia que la velocidad angular de la manivela es constante. (Fig. Velocidad máxima en la carrera descendente. Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 FIG. 4.12 UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO CONVENCIONAL Página 135 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 Partes que completan la Unidad de Bombeo Mecánico Convencional: 1. Cojinete central 2. Balancín 3. Cabeza de caballo 4. Escalera 5. Cable colgador 6. Barra portadora o elevador 7. Posta Sampson 8. Varilla pulida 9. Muñón 10. Contrapeso 11. Patín 12. Palanca de freno 13. Motor principal 14. Cable de freno 15. Guarda bandas (tolva) 16. Freno 17. Reductor de engranes 18. Brazo Pitman (bielas) 19. Compensador 20. Cojinete compensador 21. Manivela 4.7.1.2 Unidad de Bombeo Mecánico MARK II En la U.B.M. Mark II su balanceo es a través de contrapesos y su rotación (vista del lado izquierdo de la unidad) es conforme a las manecillas del reloj, ya que su sistema de lubricación en el reductor es exclusivamente para esta rotación, no puede operar en rotación contraria por que dañaría considerablemente el reductor. Partes principales de las unidades de bombeo mecánico (U.B.M.) MARK II (Fig. 4.13) Motor Su función es proporcionar a la instalación energía mecánica, que es transmitida a la bomba y usada para elevar el fluido. El motor principal seleccionado para una unidad dada, debe por supuesto, tener suficiente potencia para elevar el fluido al ritmo deseado, desde el nivel de trabajo de fluido en el pozo. El motor principal puede ser una máquina de combustión interna o puede ser un motor eléctrico. Página 136 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 Tablero de Control Estos motores son trifásicos, alimentados a 440 volts y cuentan con tablero de control que proporciona las siguientes funciones: 1. Función on-off para poner en operación y sacar manualmente de operación el motor. 2. Protección contra bajo voltaje. 3. Protección contra alto voltaje. 4. Protección contra sobre cargas (alto amperaje). 5. Protección contra sobrecalentamiento. Esta protección está señalizada por unos sensores térmicos (Termotectores), colocados dentro de devanado del motor. 6. Retardo a voluntad del operador para el arranque del motor, después de colocar el switch en la posición “on”, o de que se vuelva a energizar la línea. 7. Cronómetro para controlar los periodos de operación y de descanso de la unidad, a fin de permitir a voluntad la recuperación del pozo. Juego de Polea del Motor de Pequeño Diámetro, Bandas y Polea de la Caja Reductora de Gran Diámetro. Este acoplamiento con bandas, transmite el par motriz a la caja de engranes, y al mismo tiempo reduce la velocidad angular (r.p.m.), la cual después es reducida aún más por la caja de engranes. Reductor de Engranes Su función es reducir la velocidad del motor principal a una velocidad de bombeo adecuada. La polea del reductor de engranes, es el miembro que recibe la potencia del motor principal a través de bandas. Manivela Acoplada en la salida de la caja de engranes (la entrada está en la polea), gira en un rango de 9 a 11 r.p.m.; y transmite este movimiento a través del Página 137 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 muñón a los brazos “pitman” o bielas, convirtiéndolo en movimiento alternativo. Brazos Pitman o Bielas Convierte el movimiento de rotación de la manivela en movimiento alternativo, transmitiéndolo a la vigueta central a través del compensador y del cojinete, rodamiento o balero del compensador. Compensador o Vigueta Compensadora Recibe el movimiento alternativo de los brazos pitman, a través de dos flejes complementarios de la biela, y lo transmite a la vigueta central a través del cojinete compensador. Cojinete del Compensador Conecta el brazo pitman a la vigueta compensadora. Vigueta Central o Balancín Recibe el movimiento alternativo del compensador, a través del cojinete compensador y balanceándose en el cojinete central, hace que la “cabeza de caballo” o “cabeza de mula” en su otro extremo suba y baje. Cojinete Central Sirve de punto de pivoteo de la vigueta central. Cabeza De Caballo Sube y baja fija al extremo delantero de la vigueta central, y transmite este movimiento al cable colgador, el cual a su vez a través de su block colgador y la grampa de la varilla pulida, transmite este movimiento a la sarta de varillas y éstas a la bomba subsuperficial. Cable Colgador Cable de acero trenzado de 1 1/4”Æ x 40´, sirve de eslabón entre la cabeza de caballo y la varilla pulida, transmitiendo el movimiento alternativo a la sarta de varillas de succión. Página 138 de 227 va anclado por medio de tornillos y viguetas a la base de concreto de la unidad. El bloque colgador pende en sus extremos del cable colgador. las dimensiones de la misma y la distribución de los anclajes. El bloque colgador levanta la sarta en la carrera ascendente de la U. después de haber parado el motor. 2010 Bloque Colgador Conecta el cable colgador a la varilla pulida a través de la grampa y transmite el movimiento alternativo a esta última. motor.. Tolva Guardabandas Página 139 de 227 . Poste Maestro.M. en medio lleva una ranura en donde el personal operativo o de mantenimiento aloja a la varilla pulida. 25-29 Oct. Base de Concreto El plano de esta base lo proporciona el fabricante y tiene cimentados los coples ancla en donde entran los tornillos de anclaje. Patín Construido con viguetas “I” sirve de apoyo al poste maestro. indicándose en un plano elaborado por el fabricante. se apoya por medio de tornillería en el patín de la unidad. Para evitar que ésta se salga. soporta todo el peso de la sarta de varillas. Cada tamaño. a fin de proporcionar mantenimiento a la misma.B. se cuenta con un candado. tolva guardabandas.. en la parte inferior.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. apoyándose en la grampa o grapa para varilla pulida. Tornillos de Anclaje y Viguetas de Anclaje Los tornillos van enroscados a los anclajes cimentados en el concreto de la base de la unidad. reductor. marca y tipo de la unidad tiene su base de concreto específica. Freno Se utiliza para inmovilizar la unidad. Sampson Post o Tripié Sirve de soporte del balancín por medio del cojinete central. estos tornillos usan viguetas sujetas por ellos para fijar o anclar el patín a la base de concreto. 2010 El guardabandas está construido de lámina con refuerzos “ángulo”.. al mismo tiempo evita que el agua de lluvia moje a las poleas y bandas. lo que provocaría deslizamiento entre ellas y como consecuencia calentamiento y rotura de estas últimas.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. sirve para proteger la vida humana ya que evita que alguien sea atrapado por las bandas.12 UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO MARK II Página 140 de 227 . 25-29 Oct. 4. Compensador 9. Muñón 16.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. 2010 Partes que complementan la unidad de Bombeo Mecánico Mark II: 1.B. Soporte angular 19. Patín 2. Cojinete 7.14) Las partes principales de la unidad aerobalanceada son iguales a la de las unidades Mark II y Convencional. dependiendo del peso de la sarta de varillas para que el motor principal opere sin esfuerzos. Cable colgador 10. Poste Sampson 4. Brazo Pitman (bielas) 18. El motocompresor se calibra a un paro y a un arranque automático.3 Unidad de Bombeo Mecánico Aerobalanceada En la U. Su rotación y el sistema de lubricación del reductor es igual al de la unidad convencional. Balancín 6. Cable de freno 21. Guarda bandas (tolva) 20. Página 141 de 227 . Manivela 13. Palanca de freno 4. 4. Motor principal 22. Contrapeso 14.7. Elevador 11. Freno 17. Protección metálica 15. Reductor de engranes 12. aerobalanceada.1. Cojinete del compensador 5. Escalera 3. 25-29 Oct. su balanceo es a través de aire suministrado por un motocompresor hacia un cilindro amortiguador. Cabeza de caballo 8. (Fig.M. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 4..14 UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO AEROBALANCEADA Página 142 de 227 . 2010 FIG. Refuerzo del poste maestro 22. Cojinete de aire 5. Elevador 10. Cojinete del compensador 3. Vástago del cilindro 11. Grampa 7. Cojinete del poste maestro 2. Patín de la unidad 15. un cilindro hidroneumático de efecto doble 5 (acumulador). Poste maestro 21.Consta de un Cilindro Hidráulico de efecto doble una válvula de control direccional de cuatro vías y una Bomba maestra de engranes Este sistema proporciona el movimiento necesario.15): Sistema Hidráulico. Cable del freno 16. Muñón 12. Balancín 4. para el funcionamiento de la Bomba subsuperficial. Sistema de Balanceo Hidroneumático. 2010 Partes que componen a la Unidad de Bombeo Mecánico Aerobalanceada: 1. Escalera 23.. Cabeza de caballo 6. Compensador 25. una constante y otra variable: Página 143 de 227 . Freno 4.1.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. un paquete de tanques de nitrógeno .4 Unidad de Bombeo Hidroneumática (Tieben) La Unidad Tieben se compone de dos sistemas Básicos (Fig. Cilindro de aire 8.. 4. 25-29 Oct. Brazo Pitman (bielas) 24. Reductor 26. Motocompensador 17. Asiento del pistón 13. Manivela 14.. ascendente y descendente.7.Consta de un cilindro hidráulico de efecto simple . Palanca de freno 18. Guarda bandas (tolva) 20. Motor principal 19. Cable colgador 9. y una bomba auxiliar de engranajes Este balanceo funciona en base a dos magnitudes. y al cilindro neumático de las unidades aerobalanceadas.. el sistema hidráulico descrito al principio. 10 galones en unidades de 120” y 15 galones en las de 180”.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. La variable. por debajo de cada émbolo y el tubo que los comunica: 5 galones en unidades de 60” de Carrera. 2010 La Constante.Es la cantidad de fluido hidráulico necesario para ocupar la mitad de los dos cilindros. se encarga de romper este equilibrio en uno y otro sentido alternativamente. 25-29 Oct. 4. Este sistema equivale a los contrapesos de las unidades convencionales y Mark II. la cual será proporcional al peso de la sarta de varillas de succión. Una vez que la presión del nitrógeno sobre la parte superior del émbolo del acumulador equivale al peso de la sarta.13 UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO HIDRONEUMÁTICA (TIEBEN) Página 144 de 227 . junto con la columna de crudo..Es la cantidad de nitrógeno que se aplica a los tanques y a la parte superior del acumulador. Tablero eléctrico 8. Entrada de la válvula de disparo 13.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Del acumulador 21. Válvula de control 7. Del puerto “b” 4. 2010 Partes que complementan la Unidad de Bombeo Mecánico Hidroneumática (Tieben) 1. 25-29 Oct. Del puerto “a” 5. Medidor del nivel de aceite 15. Tanques de nitrógeno 17. Del puerto “b” 6. Válvula de disparo de retorno 10. Bomba de la presión de ascenso 12. Para arriba Página 145 de 227 .. Del puerto “a” 2. Filtro 11. Acumulador pequeño 20. Manguera de venteo 18. Tanque de aceite 16. Bomba hidráulica 9. Para abajo 3. Termómetro para la temperatura 14. Motor eléctrico 19. Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. 2010 Página 146 de 227 . 25-29 Oct. llamadas también de cavidad progresiva. aproximadamente. se forman cavidades helicoidales de doble paso. 25-29 Oct. herrumbre de tubería. están diseñadas para operar en pozos de baja profundidad 600 m. esto es. Además que dichas bombas pueden manejar producciones variables de acuerdo a cada pozo en particular con tan solo variar las velocidades de bombeo en la superficie. A continuación funcionamiento. aceite viscoso. Este proceso puede ser comparado con el de una bomba Página 147 de 227 . etc. 2010 CAPITULO VI BOMBEO ROTATORIO DE CAVIDAD PROGRESIVA 6.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. resistente a la corrosión. el cual esta constituido formado una serie de cavidades selladas y separadas 180° o sea. conforme el rotor dentro el estator. Las bombas de desplazamiento positivo. Cuando el rotor y el estator se encuentran operando. maquinada a precisión con un recubrimiento superficial de cromo. describimos las partes constitutivas del equipo y su El equipo subsuperficial consiste de una bomba de desplazamiento positivo que se introduce dentro del pozo cuyas partes principales son: · Estator · Rotor · Varillas de acero convencionales Estator: Está hecho de una camisa de acero en cuyo interior se encuentra vulcanizado. poli sulfuros. se forman cavidades definidas y selladas. lutita y/o arcilla.1 INTRODUCCIÓN. ya que no es afectado por los candados de gas y es capas de levantar sedimentos que se encuentran en el interior del pozo como son: Grumos de carbonato de calcio. a mediana profundidad 1370 m. Rotor: Es un espiral de acero de alta resistencia.. moldeado a precisión. durable. Este diseño ha sido adaptado para bombear aceite de los pozos. una capa de hule elaborada de un “elastómero sintético”. las cavidades progresan en una dirección ascendente y cuando el fluido entra a una cavidad es inmediatamente impulsado a la superficie en un flujo estable y laminar. motor eléctrico. El equipo subsuperficial es un conjunto de estator-rotor que forman la bomba. Este movimiento genera cavidades de tal manera que el fluido que llega a la primera es inmediatamente impulsado hacia la siguiente forma progresiva ascendente. no se tiene válvulas en su interior que se gasten o ataquen debido a la presencia de partículas sólidas como son: la arena.2 Equipo superficial. la cual constantemente opera en su carrera ascendente. la cual es accionada (girada) por el motor instalado en la superficie. En el interior del estator gira el rotor impulsado desde la superficie por varillas de succión convencionales. si se desea se incluye el cabezal y la “tee” de flujo para la descarga a la línea de escurrimiento. Este equipo esta compuesto de un estopero.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL EQUIPO. consistente de un cuerpo de hierro fundido donde se alojen dos cojinetes.2.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. la cual debe encontrarse permanentemente sumergida en el fluido que se bombea. 6. freno y tablero de control.3 Funcionamiento. varillas de succión convencionales y la misma tubería de producción. El estator está suspendido de la tubería de producción y el rotor de la sarta de varillas. donde se aloja una serie de 8 empaques de hule y asbesto. 6. arcilla y/o lutitas. 2010 de inserción de bombeo mecánico. hasta la descarga de la bomba. También se tiene alojado en el cabezal el empaque o sello de tipo común. Ahí mismo se tienen los engranes para reducir la velocidad del motor a la rotación de la sarta de varillas. varilla pulida. 6.1 Equipo Subsuperficial. Página 148 de 227 .. En la superficie se encuentra el cabezal sencillo. 6. grumos de carbonato.2. que es del orden de 300 a 400 revoluciones por minuto. uno de empuje para soportar las cargas verticales y el cojinete radial que es capaz de soportar las fuerzas radiales. En esta forma el fluido en su trayectoria hacia la superficie llega hasta la “tee” de flujo donde se canaliza hacia la línea de escurrimiento. 25-29 Oct. etc. así como dos roldanas de bronce para un mejor y durable sello.2. sal. Como resultado de este diseño. herrumbre de la tubería. polisurfuros. reductor de engranes. la varilla pulida es el medio de conexión entre la caja de engranes y la sarta de varillas de succión.. se convierta en movimiento giratorio vertical sobre la varilla pulida. 6.1. FIG. En el se logra que el movimiento giratorio horizontal de la flecha del motor. 25-29 Oct. Adicionalmente construye el medio para reducir la velocidad de la flecha del Página 149 de 227 .. proporcionando un sello que impide fuga de fluidos a la superficie. 2010 El estopero permite el giro de la varilla pulida en su interior.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.BOMBEO ROTARORIO DE CAVIDAD PROGRESIVA El reductor de engranes es el sistema de transmisión de potencia del motor a la sarta de varillas. pero con una atención oportuna se prolonga la vida operativa de los mismos.3 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE BOMBEO ROTATORIO DE CAVIDAD PROGRESIVA. Esta velocidad de bombeo varia en función del cambio de la relación de diámetros entra la polea montada en la flecha del motor y la polea montada en la flecha de reductor de engranes...1) de Rangos de Aplicación de Bomba adecuada. También con el equipo superficial señalado renglones arriba. se requiere que cada mes se le inyecte la grasa requerida o bien cada 800 o 1000 horas de operación para mantenerlos en buenas condiciones.Usando los datos del pozo analizar que la temperatura del fluido de formación y cualquier agente químico sean compatibles con los materiales de la bomba PC. la cual proviene de una línea domestica que en algunos casos necesita del uso de un transformador para elevar el voltaje de dicha línea hasta el requerido por el motor. 25-29 Oct. 2010 motor a una velocidad adecuada.2. que es de tipo sencillo adecuado al tamaño del motor. A6-1) de la bomba correspondiente. viene acompañado el tablero de arranque y control del motor eléctrico. 6.Usando la Producción y la profundidad de la bomba ir a la (Tabla 6.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2. El equipo superficial de estas bombas ha sido diseñado para dar un mínimo de mantenimiento. Respecto a la lubricación de los empaques. se transmite la flecha del reductor de engranes por medio de bandas que corren sobre dichas poleas.4 Mantenimiento del Equipo y Lubricación. 1. usando la curva para determinar el RPM requerido. sin sobrepasar el tanque para evitar algún calentamiento en la flecha. aún estado la bomba en operación. Es de suponerse que los puntos de mayor falla deben ser los baleros. darle el aprieto necesario a la tuerca del estopeño para evitar alguna posible fuga. 3. Página 150 de 227 .Remítase a la (Fig. El tablero de control es la parte del aparejo a través de la que se alimenta la energía eléctrica al motor.. 6. El movimiento rotatorio de la flecha del motor. cada semana se requiere de inyectarle un poco de grasa.. o bien. .De la (Tabla 6.La tabla de Rango de Aplicación de Bomba. da un rango típico del motor HP requerido para cada bomba.5 a 2 veces la requerida por el motor HP eléctrico.. 60 Hz 1900 pies 400 bpd 115ºF Ninguna 350 cp 2 7/8” 7” Ninguno 1.La temperatura es menor que 135ºF. trifásico. 8.1 Ejemplo de Diseño de una Instalación Profundidad de la bomba Gasto (Q) Temperatura del fondo fluyendo Presencia de CO 2.3). 2. (Tabla 6. seleccionar la transmisión apropiada 6K o 10k basado en el tamaño de la bomba y profundidad de la misma.. no hay CO2.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. A6-1).. 7. 5.3. (Fig. El motor requerido RPM (4-pole 1750 RPM o 6-pole 1140 RPM) esto dependerá de la velocidad de la bomba y el tipo de transmisión usada.1) Rango de aplicación de bomba. DH-20 o DH-30) basado en la velocidad de la bomba y profundidad de la misma. La combustión correspondiente de HP típica es de 1... Revisar que el estator arranque en la TR para la profundidad de la bomba. correas y ejes. b) Si la transmisión es vertical.Basado en la velocidad de la bomba. 2010 4. 25-29 Oct. 6. H2S o tratamiento químico. entonces ver las especificaciones de la transmisión y seleccionar la apropiada (DH-10. tipo de motor y tipo de transmisión hacer la selección de rondana y seleccionar las rondanas requeridas.Ver la selección de varilla de succión y seleccionar el tamaño de la varilla de succión API basado en el tamaño de la bomba y profundidad de la bomba. 6.a) Si la transmisión tiene ángulo remítase a la (Tabla 6.2) de Selección de Transmisión..De las especificaciones de bomba apropiada determinar el diámetro de estator y diámetro del rotor cresta a cresta. Revisar que el rotor pase a través de la tubería. H2S Viscosidad a 115ºF Tubería de Producción Tubería de Revestimiento Tratamiento químico 460 Volts. obtenemos el tipo de bomba con el Q y la profundidad de la bomba: 9 etapas 5 bombas Página 151 de 227 .. con velocidad 440 RPM se toma el valor aproximado de la (Tabla 6.2) Angulo de Transmisión. no hay problema de arranque en TR de 7” y 2 7/8” de TP. La transmisión del ángulo 6K necesita un motor de 10 HP y a una velocidad de 1750 RPM. 6. 25-29 Oct. Página 152 de 227 .4” SDS 1 5/8” SK 2” Cada 2 de una B60 7.-Para la selección de rondana: a) En el paso 3 la velocidad es 435 RPM pero se redondea a 440 RPM por lo que.5” y la diámetro del rotor es 1.5) en este ejemplo es de 441 RPM.8” 2B 12. obteniendo los siguientes datos: Motor de rondana Transmisión de rondana Eje de motor Eje de transmisión Correas 2 B 4.3) escoger varillas de succión de ¾”. A6-1).4) ocupa 435 RPM y se obtienen los siguientes datos: Motor de rondana Transmisión de rondana Eje del motor Eje de transmisión Correas 2B 6. 8. b) Si es vertical la transmisión de de DH-20. A6.920” por lo tanto...6 SDS1 SDS 1 2 de cada B 52 b) Transmisión vertical DH-20. 5. (Fig..5 -10 HP obtenidos de la (Tabla de Aplicación de Rango de la Bomba. para la (Tabla 6.Para 9 Etapas y 5 bombas el motor eléctrico requerido puede ser un rango de 7..De la curva (Fig.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.1) 9 etapas 5 bombas se obtiene la velocidad de 440 RPM para un gasto de 400 bpd a 1900 pies.a) Si tiene ángulo de transmisión obtenemos el tamaño 6K de la (Tabla 6. 2010 3. para este ejemplo se selecciona el 10 HP..De las recomendaciones de API (Tabla 6.. 4.El diámetro del estator es 3.8 2B 5. 1750 pg/lb FIG. 2010 Especificaciones y Dimensiones: Longitud del rotor 98 ¼” Diámetro del rotor 1.. A6-1 Página 153 de 227 . 25-29 Oct.920 pg Líneas del rotor 7/8” API Peso del rotor 50 lb Longitud del estator 105 pg Diámetro del estator 3 1/2” Línea del estator 2 7/8” Peso del estator 101 lb Tamaño del sello 5/8” Torque máx.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.916-1. 25-29 Oct.1 SELECCIÓN DE TRANSMISIÓN Profundidad de la bomba (pies) Tamaño de bomba 0 .5-10 100 4000 9 etapas 4 5-10 250 2000 18 etapas 4 10-15 250 4000 9 etapas 5 7.3000 3000 .Optimización de SAP AIATG Poza Rica.5-10 500 2000 18 etapas 5 15-20 500 4000 TABLA 6.5 100 3000 18 etapas 3 7.4000 5 etapas 2 6k 5 etapas 3 6K 9 etapas 2 6K 9 etapas 3 6K 9 etapas 4 6K 9 etapas 5 6K 14 etapas 3 6K 18 etapas3 6K 6K* 18 etapas 4 6K ** 10K 18 etapas 5 10K 10K TABLA 6-2 Nota: * Si las varillas son de 7/8” o más largas entonces usar 10K ** Si las varillas son de 7/8” o mas largas entonces usar 10K Página 154 de 227 . 2010 RANGOS DE APLICACIÓN DE BOMBA Máxima Gasto Máximo Profundidad Bomba Motor HP Bombeado de la Bomba (pies) 5 etapas 2 1-2 35 1000 9 etapas 2 1-3 35 2000 5 etapas 3 1-3 100 1000 9 etapas 3 3-5 100 2000 14 etapas 3 3-7..1000 1000 – 2000 2000 . 88 20..3000 1000 5/8 5/8 5/8 5/8 5/8 5/8 ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ 7/8 3000 4000 ¾ 7/8 7/8 TABLA 6.4 4.6 2.4 1.6 5.94 6.8 0.6 6.48 6.4 6.41 15.79 6.4 2.4 6.72 8.70 6.36 6.4 4.4 5.8 5.6 Correas 75 72 66 66 66 60 64 54 54 52 52 52 52 54 54 54 52 52 56 56 56 Página 155 de 227 . 2010 Tamaño de bomba 5 etapas 2 5 etapas 3 9 etapas 2 9 etapas 3 9 etapas 4 9 etapas 5 14 etapa 3 18 etapa 3 18 etapa 4 18 etapa 5 SELECCIÓN DE VARILLA DE SUCCION Profundidad de la bomba (pies) 01000 .8 0.0 1.6 0.8 6.35 15.26 6.8 6.8 0. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.3 RPM 61 78 107 125 148 155 185 208 225 241 263 283 316 336 357 380 406 435 452 510 549 SELECCIÓN DE RONDANA 6K N3500 ANGULO DE TRANSMISION 1750 RPM Rondana de Motor de Radio Transmisión Transmisión 5.0 8.2 3.6 5.82 5.30 12.4 1.0 6.4 5.8 0.4 1 6.4 1.8 5.6 0.13 6.06 6.0 3.0 1.59 8.0 1.4 2.88 6.85 15.6 8.6 1.93 12.4 1.2000 2000 .8 6.8 8.6 18.4 6.8 4.4 4.65 5. 2010 PM Radio 193 216 239 285 297 322 355 385 428 441 478 550 5.83 3.96 2.0 4.4 5.6 18.4 4.4 5.26 4.88 5.66 2.8 20.2 15.0 3.4 20.07 TABLA 6.4 4.2 18..38 2.4 4.2 15.8 12.54 3.4 SELECCIÓN DE RONDANA DH-10 Y DH-20 TRANSMISION VERTICAL.8 18.8 15.4 5.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.2 12.21 2.76 4. 1140 RPM Rondana de Motor de Transmisión Transmisión 20.4 5.4 4.0 Correas 75 75 75 72 72 75 66 66 66 60 60 62 TABLA 6.4 6.5 Página 156 de 227 .0 3. 25-29 Oct.58 2.8 12.0 3. 2010 Página 157 de 227 . 25-29 Oct..Optimización de SAP AIATG Poza Rica. .1 Principio de Operación. 2010 CAPITULO VII BOMBEO HIDRÁULICO 7. Bombeo Hidráulico tipo pistón. una vez que ha cedido energía a los fluidos producidos. El fluido motriz entra directamente al motor a alta presión a través de una tubería y regresa a la superficie. 25-29 Oct.2 BOMBEO HIDRÁULICO TIPO PISTÓN. dicha presión se transmite en todas direcciones con igual intensidad”. El Bombeo Hidráulico tipo pistón consiste en un sistema integrado de un motor y una bomba reciprocante. esta el Bombeo Hidráulico. Bombeo Hidráulico tipo chorro o jet.1 INTRODUCCIÓN. ya sea a través de la misma tubería que el fluido motriz o bien a través de una tubería separada. 7. como equipo superficial acoplado a una tubería conectada al pozo. Esto se ilustra en la Página 158 de 227 . El proceso de Bombeo Hidráulico se basa en el principio hidráulico que establece: “Si se ejerce una presión sobre la superficie de un líquido contenido en un recipiente. EL Bombeo Hidráulico se clasifica en: 1. El Bombeo Hidráulico tipo pistón ha tenido gran aceptación en los últimos años. 7. ya que ofrece ventajas que lo diferencian de otros sistemas artificiales. 2. La presión esta definida como una fuerza que actúa sobre un área. el cual es accionado por el equipo superficial. este equipo superficial transmite potencia a una unidad instalada en el fondo del pozo mediante acción hidráulica a través de la inyección de un fluido motriz. Dentro de los Sistemas Artificiales existentes en la Industria Petrolera. El equipo subsuperficial es un acoplamiento reciprocante cerrado de bomba y motor. si se modifica esta área de fuerza aumenta o disminuye según sea el caso. el cual consiste en la recuperación del aceite aportado por el Yacimiento en el fondo del pozo mediante la inyección de un fluido motriz que levanta consigo la producción del fluido hasta la superficie.2.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Por lo tanto. la fuerza de 1 Kg. impulsa el aceite producido. después de operar la unidad de bombeo en el fondo del pozo. tiene la desventaja de incrementar el volumen bruto de fluido que deberá ser tratado en la superficie para obtener aceite limpio y continuar la operación.2) muestra diferentes relaciones entre las áreas de dichos pistones.2. Uno superior denominado “pistón motriz”. El sistema de inyección de sistema abierto fue el primero que se utilizó y su aplicación es la más sencilla y económica. la (Fig. 2010 (Fig.5 kg de resistencia que presenta el pistón de producción. dependiendo del equipo superficial que se tenga. 7. reduciendo así la corrosión. En este sistema el fluido motriz retorna a la superficie mezclada con el aceite producido. la fuerza de 1 kg. 25-29 Oct. En este sistema. sin embargo desde el punto de vista volumétrico. Este sistema tiene ventajas de ser económico.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. En el bombeo tipo pistón el principio se aplica como sigue: La unidad de bombeo consta principalmente de dos pistones unidos entre si por medio de una vainilla. independientemente del aceite producido. La diferencia entre estos. desde el punto de vista volumétrico se necesitará únicamente medio barril de fluido motriz por cada barril de aceite producido.2 Circuito Cerrado. también se reduce la viscosidad en pozos que producen aceite pesado. se tienen las áreas efectivas sobre las que actúa la fuerza hidráulica proporcionada por el fluido motriz.3). El sistema de inyección en circuito cerrado es el método más complejo que existe actualmente. Debe descender 100 cm para poder desplazar un volumen de 100 cm3 y levantar solo 1 cm la carga de 100kg. equilibra la fuerza de 100 kg. (Fig. 7.1 Circuito Abierto. que actúa sobre el área de 100 cm2. el fluido motriz retorna a la superficie. 7. 7. es la forma en que el fluido remota a la superficie. se tiene que ejercer 1 kg de fuerza para vencer cada 0. de bajar el porcentaje de agua salada a los pozos el introducir aceite limpio. que es impulsado por el fluido motriz y que arrastra el pistón inferior o pistón de producción. producción o inyección.2. Ejercida sobre la superficie liquida de 1 cm2.2 Sistema de Inyección del Fluido Motriz. En la inyección del fluido motriz existen dos sistemas circuito cerrado y circuito abierto. si el área del pistón (Am) es igual a la mitad del pistón de producción (Ap).2. Sin embargo.2.2. Si se resta de las áreas de cada uno de estos pistones el área correspondiente a la varilla que los une. 7. sin embargo. 7.1). el cual a su vez. fluyendo nuevamente hasta el tanque Página 159 de 227 . ya sea a través de la tubería de descarga o por el espacio anular de las tuberías de revestimiento. Bomba fija insertada.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. El diámetro de las tuberías de revestimiento. Las instalaciones subsuperficiales se clasifican en: 7. etc. 7. En un sistema de bombeo hidráulico intervienen diferentes variables tales como: La profundidad de los pozos.3. esto facilita la programación del mantenimiento(Fig. que permite aislar el fluido motriz del producido. Esto se logra por medio de una tubería adicional que va alojada en un dispositivo mecánico llamado “cámara de fondo”. Las ventajas que proporciona este sistema son: la medición exacta de los fluidos producidos por el pozo y la determinación del desgaste sufrido por la unidad de bombeo al incrementarse el volumen de fluido motriz utilizado en la lubricación de los pistones.1 Bomba Fija. La (Fig. 25-29 Oct. los tipos restantes pueden ser operados ya sea en circuito abierto o cerrado. 7. 7.2. A excepción del tipo denominado bomba fija para la tubería de producción. la tubería de inyección puede ser de ¾”.En esta instalación la bomba está conectada a una tubería de inyección que se introduce en la tubería de producción la cual lleva una zapata en su extremó inferior donde se asienta la bomba. 1”. Los volúmenes de aceite y gas producidos.. En este tipo de instalaciones la unidad de bombeo. Dentro de este tipo de bombas existen los siguientes tipos.5) muestra las presiones y perdidas por fricción que afectan al bombeo hidráulico. 2010 almacenador y formando un circuito cerrado. 7. Instalaciones Subsuperficiales. 1.4). por lo que su introducción o extracción del pozo va ligada a dicha tubería. dependiendo del diámetro de la tubería de producción. que opera únicamente en circuito abierto.2. 1-1/4”. está unida mecánicamente a la tubería.6) se muestra esta instalada operando con circuito Página 160 de 227 . En este sistema se utiliza un elemento de empaque en la unidad de bombeo. En la (Fig. instalado en el fondo del pozo..3. .1. 25-29 Oct..2..RELACIÓN ENTRE ÁREAS DE PISTONES Página 161 de 227 . 7. 7. 2010 FIG.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.REPRESENTACIÓN DE FUERZAS DE EQUILIBRIO FIG. 3.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 7..INSTALACIÓN CON CIRCUITO ABIERTO FIG.INSTALACIÓN CON CIRCUITO CERRADO Página 162 de 227 .. 7..4. 2010 FIG. 25-29 Oct. . 6.PRESIONES Y PÉRDIDAS POR FRICCIÓN abierto. donde la mezcla de fluidos motriz – producidos retornan a la superficie a través del espacio anular (entre TP y T. Este tipo de instalaciones puede ser utilizado en pozos de terminación doble. 25-29 Oct. 7. En la (Fig.7) se opera en circuito cerrado en la cual se requiere de una tubería adicional por donde descarga el aceite producido.5.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 FIG. con tubería Página 163 de 227 ..inyectora). aislado al mismo tiempo el espacio anular..11). operando en circuito abierto.Esta instalación permite manejar un volumen de producción alto por medio de unidades de bombeo de 3” o 4” de diámetro.Este tipo de instalaciones se muestra en la (Fig. conectadas en el extremo inferior de la tubería de producción. que consiste fundamentalmente en dos tuberías paralelas unidas en su extremo inferior. Esta unidad va conectada a las tuberías.9) o concéntrica.12) se utilizan tres tuberías y se cuenta con una cámara de fondo que permite al elemento de empaque de la unidad de bombeo. el fluido motriz retorna por la tubería de descarga y el aceite producido por el espacio anular.. Bomba fija para tubería de revestimiento. En la (Fig. 7. 3.2. En la parte superior de esta válvula se encuentra un asiente donde se aloja la unidad de bombeo..esta instalación es similar a la de la bomba fija insertada y puede ser utilizada cuando se requiera una unidad de bombeo de mayor capacidad con la misma instalación. 7. Este tipo de instalación facilita la liberación del gas de formación a través del espacio anular. en el primer caso. (Fig.Bomba libre para tuberías de revestimiento.3. lo que significa una mayor eficiencia el sistema. por lo que puede ser anclado por circulación del fluido motriz y desanclado por circulación inversa. Cuando se opera en circuito cerrado (Fig. Cuando se opera en circuito abierto.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 7.. la cual puede ser paralela (Fig.2 Bomba Libre En este tipo de instalaciones la unidad de bombeo no está conectada a ninguna de las tuberías. a. en este tipo de instalación también se usa empacador recuperable en el extremo de la tubería de producción.. Página 164 de 227 . Bomba fija para tubería de producción.Como en el caso de bomba fija para tubería de revestimiento.. formado un tubo en “U” en cuyo fondo se tiene una válvula de pie que permite la circulación del fluido motriz o bien.8) el aceite producido entra a la unidad de bombeo a través del empacador y descarga en el espacio anular donde se mezcla con el fluido motriz. 2. b. la entrada del aceite producido. (Fig. En el otro extremo. 6.10). aislar. mientras que el fluido producido lo hace a través del espacio anular de las tuberías de producción y revestimiento.. tanto la de producción como la de inyección y solo puede ser operada en circuito abierto. 7. 2010 de revestimiento de diámetro reducido en donde se utilizan unidades de bombeo de 2” y 2-1/2” de diámetro.Bomba libre con tuberías paralelas. 6. el fluido retorna por el espacio entre la tubería de producción y la tubería de inyección. en el segundo caso. la unidad de bombeo lleva un empacador recuperable que permite fijarla a la tubería de revestimiento. tanto el espacio anular como a las dos secciones de esta unidad. Para operar esta instalación en circuito cerrado se necesita una tubería adicional. 25-29 Oct. la bomba se encuentra en la parte inferior formando la sección de producción. que une los dos pistones. 7.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Un motor de bombeo están con pistón de doble acción. Página 165 de 227 .1 Unidad de Bombeo. todos los elementos mecánicos que constituyen el sistema de bombeo hidráulico varías en términos generales pero el principio básico de operación es el mismo. que es la que hace operar a la válvula motriz. Además. En la parte superior del pistón motriz va conectada una varilla. 25-29 Oct. En la parte inferior del pistón de producción se encuentra una tercera varilla (varilla inferior) (6) que se aloja en un tubo cerrado en su extremo inferior denominado tubo de balance (7). 2. lo que permite el paso del fluido motriz a todo lo largo de la unidad hasta el tubo de balance. mientras que el aceite producido fluye por el espacio anular. Una bomba hidráulica también con pistón de doble acción. 3.4. en la parte media de los pistones existe un orificio (8). en la parte inferior de este pistón va conectada otra varilla (varilla media) (5) de igual diámetro. Tanto varillas como pistones están huecos. denominada varilla de la válvula (4). esto reduce las pérdidas de fluido por escurrimiento y el desgaste excesivo de las piezas.2. los pistones llevan una serie de anillos que permiten un mayor ajuste con la camisa.4 Equipo Subsuperficial De acuerdo a los diseños desarrollados por cada una de las compañías fabricantes. Cuando se opera en circuito cerrado se utiliza una segunda tubería paralela.139 se muestra esta instalación operando en circuito abierto. 2010 6. a través de la cual retorna el fluido motriz usado. Tanto el motor como la válvula constituyen la llamada”sección motriz” y se encuentran localizadas en la parte superior de la unidad. 7..2. donde la mezcla del fluido motriz y del aceite producido retornan por el espacio anular a través de un nicle de ventana instalado en la parte inferior de la tubería de producción. Una válvula motriz que regula el flujo de fluido motriz al motor. con lo que se igualan las presiones y la unidad queda totalmente balanceada. Las unidades de bombeo se integran básicamente de tres partes: 1. a través del cual se lubrican las paredes del cilindro y del pistón. 6..Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 25-29 Oct. 2010 FIG.7.BOMBA FIJA INSERTADA EN CIRCUITO ABIERTO FIG.. 7.BOMBA FIJA INSERTADA EN CIRCUITO CERRADO Página 166 de 227 . 7.. BOMBA FIJA PARA TR EN CIRCUITO ABIERTO FIG.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.8. 25-29 Oct. 7.BOMBA FIJA PARA TR EN CIRCUITO CERRADO CON TUBERÍA PARALELA Página 167 de 227 .. 7..9.. 2010 FIG. Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 FIG.BOMBA FIJA PARA TR EN CIRCUITO CERRADO C/TUB. 25-29 Oct... 7.10. CONCÉNTRICA Página 168 de 227 . 7.. 2010 FIG 7.12. 25-29 Oct.BOMBA LIBRE EN TUBERÍAS PARALELAS EN CIRCUITO ABIRETO FIC.Optimización de SAP AIATG Poza Rica..11..BOMBA LIBRE EN TUBERÍAS PARALELAS EN CIRCUITO CERRADO Página 169 de 227 . 7.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 FIG.13A.. 25-29 Oct.. 7.13.BOMBA LIBRE PARA TR EN CIRCUITO ABIERTO FIG..BOMBA LIBRE PARA TR EN CIRCUITO CERRADO Página 170 de 227 . 2. En casos especiales se requiere el uso de cámara de fondo diseñadas con el sistema denominado “Enchufe y receptáculo”. 25-29 Oct. de manera similar al sistema utilizado con los empacadores para doble terminación. cada cruceta está Página 171 de 227 . El movimiento de la flecha se transmite a un cigüeñal por medio de un sistema de engranes de dientes helicoidales.5 Equipo Superficial.1 Unidad de Potencia. las dos secciones de la unidad.2.4. cambia automáticamente el sentido del fluido motriz. montadas en cojinetes de valeros. que por la parte inferior de la sección de producción. desplazando el fluido producido de la formación.5. 6. la válvula motriz accionada por la varilla de la válvula. en los circuitos cerrados. 7. cárter.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Estas cámaras son receptáculos instalados en el fondo de la tubería de producción y varían de acuerdo con la instalación subsuperficial que se tenga (Fig.2 Cámara de Fondo. Esta bomba cuenta principalmente de tres secciones.. 2010 Esta bomba opera de la siguiente manera: el fijo motriz entra a la unidad por la parte superior hasta un extremo del cilindro motriz. forzando al pistón hacia el otro extremo.14). aislando el espacio anular y. Se han mencionado a las cámaras de fondo como los elementos que permiten alojar a la bomba y que presentan una superficie de sello donde actúa el elemento de empaque instalado en la unidad de bombeo. cuando el pistón termina su carrera. tal y como se ilustra en (Fig. 7. cuerpo y monoblok (Fig. 6. De manera similar al inicio anterior. este cigüeñal tiene tres juegos de biela y cruceta. La potencia que requiere el sistema para la inyección del fluido motriz es proporcionada por una unidad constituida por una bomba reciprocante del tipo triples vertical y accionada por un motor eléctrico o de combustión interna. En el cárter se tiene una flecha tratada térmicamente para resistir altas velocidades. 6. Este movimiento es transmitido al pistón de producción. que permite la introducción o extracción de las tuberías de inyección o descarga sin mover la tubería de producción. 7.16) se muestra una cámara de fondo utilizada para una instalación de “bomba libre para tuberías de revestimiento”.2. de tal forma que envía a éste a un extremo del cilindro y permite la salida por el otro extremo y así en forma alternativa.17).15) se muestra una cámara de fondo utilizada en una instalación de “bomba libre con tubería paralelas” y en la (Fig. se describirá en forma general el equipo superficial utilizado en un sistema convencional de bombeo hidráulico. 6. 6. 7. estas bombas cuentan con válvulas de seguridad. en este tipo de operaciones la unidad de bombeo lleva un dispositivo de pesca (Fig. Se tienen además. entra a la bomba por la parte inferior de la cabeza del monoblok y es descargado por la parte superior del mismo. La operación de estos tipos de bombas se explica a continuación: el fluido proveniente del tanque de almacenamiento. ejerce sobre el fluido una presión mayor que la debida a la carga hidrostática. En la primera posición.21) y en la (Fig. Son dispositivos instalados en la cabeza del pozo que permiten regular el fluido motriz.18). 6.22) se muestran las posiciones mencionadas durante la operación en circuito abierto de un sistema de “bombeo libre con tuberías paralelas”. sin importar la presión de operación que se tenga.2.5. Los cabezales están provistos de medidores de desplazamiento positivo que permiten determinar el volumen de fluido motriz inyectado.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. bielas y crucetas. donde el fluido motriz fluye hacia abajo a través de la tubería de inyección y retorna por la tubería de descarga. Cuando el pistón inicia su carrera descendente. 7. la operación y la extracción de la unidad de bombeo (Fig.. válvulas reguladoras de flujo (Fig. cerrando la válvula de admisión. 6. la carga hidrostática del tanque hace abrir la válvula de admisión.20).2 Cabezal de Distribución. Una serie de válvulas de admisión y de descarga. las primeras controlan el volumen de fluido motriz inyectado. 6. instalada en el cuerpo de la bomba. permitiendo la entrada del fluido motriz. 25-29 Oct.2. se vence la resistencia del resorte de la válvula de descarga. La válvula de cuatro vías en la posición de bombeo. o bien válvulas reguladoras de presión (Fig. 6.5.3 Válvula de Cuatro Vías. 2010 conectada a un conjunto integral de cilindro y pistón mediante un vástago alojado en una camisa deflectora telescopiada. que tiene unas copas de hule que facilitan la extracción de la unidad al ofrecer una mayor área de resistencia al flujo ascendente del fluido motriz. regulan el fluido motriz. Al aumentar la presión así ejercida. Tiene cuatro posiciones que permiten la introducción. y por consiguiente.23). abriéndola y permitiendo la salida del fluido motriz al sistema de inyección. retornos y bomba auxiliar que alimenta a presión el cilindro de lubricación de los valeros. el pozo está lleno de fluido y el fluido motriz fluye directamente a la batería de separación a través de la válvula de cuatro vías. denominada cierre y purga. calcular la eficiencia de operación de las unidades de bombeo. manteniendo cerrada la válvula de Página 172 de 227 . localizadas en la cabeza del monoblok. tanto las tuberías como la válvula de pie están cerradas. El fluido que proviene de la bomba triple es regular mediante los dispositivos localizados en el conjunto denominado “cabezal de distribución” (fig. cuando el pistón invierte su carrera. y las segundas permiten controlar automáticamente dicha presión de operación. 6.19). 4 Conexiones Superficiales. el aceite producido entra a la unidad de bombeo. En los pozos de bombeo hidráulico se utiliza únicamente la sección del árbol de válvulas correspondiente a la última tubería de revestimiento. reanudándose así el ciclo. 2010 pie y desplazando la unidad de bombeo hasta su asiento. El diseño de este cabezal depende de la instalación subsuperficial y del sistema de inyección que se tenga. el cabezal de distribución y la unidad de bombeo. ya sea agua o sedimentos.2.25). al llegar a éste. causa un desgaste excesivo en esos mecanismos.. Para recuperar esta unidad debe regresar a la posición de cierre y purga.24) se muestran las conexiones superficiales más comunes.5 Sistema de Tanques para el Almacenamiento y el Tratamiento del Fluido Motriz. que es una línea que comunica la tubería de inyección con la tubería de descarga. 7. 7.5. 7. carrete adaptador. puesto que esto determina el número de tuberías a utilizarse.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. la cual lo impulsa hacia la superficie mezclado con el fluido motriz. en cuyo extremo se conecta la válvula de cuatro-vías. tuberías. 7. lo que propicia una operación más flexible. En la posición operación. donde es sujetada por el conector-soltador. la válvula de pie se cierra y la unidad de bombeo es desplazada hacia la superficie. Cualquier impureza que se tenga. La base de este sistema es un diseño que permite el movimiento lento del fluido en el interior Página 173 de 227 . El factor más importante en el funcionamiento eficiente de un sistema de bombeo hidráulico es la calidad del fluido motriz. incluyendo el cabezal. válvulas y el retorno (válvula de desviación). se invierte el flujo del fluido motriz. En el carrete superior del cabezal se enrosca un nicle corto. Los fabricantes recomiendas el equipo que se muestra (Fig. Sobre ésta se instala el cabezal donde van alojadas las tuberías utilizadas con los colgadores y empaques mecánicos respectivos. es necesario tener un sistema de tanques cuyo diseño permita tratarlo y almacenarlo adecuadamente.5.2. ya que este fluido recorre todo el sistema a través de la bomba triple. 25-29 Oct. permitiendo el paso directo del fluido motriz. En la posición extracción. el elemento de empaque de la bomba actúa en la cámara de fondo. por lo tanto con el objeto de asegurar la limpieza del fluido motriz. se muestra que al abrirse la válvula de pie por el vacío provocado es la carrera ascendente del pistón. aislando el espacio anular y obligando al fluido motriz a entrar a la bomba y hacerla trabajar. En la (Fig. · Línea de alimentación al tanque.Debe tener un diámetro mínimo de 3”.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Debe conectarse al tanque de almacenamiento a 18” de la cúpula para mantener el nivel del fluido necesario para la alimentación de la bomba triple. provistote un sistema de drene apropiado. de 750 barriles de capacidad. conectada a la sección inferior del separador y con válvula de control. 2010 del tanque de asentamiento y que además avita la formación de flujo turbulento o de burbujas de gas.tanque de tres anillos. para evitar la canalización del fluido dentro del tanque.. · Separador atmosférico...Debe estar instalada diametralmente opuesta a la línea de descarga al tanque de almacenamiento. · Línea de alimentación de la bomba triple.Dispositivo cilíndrico.. Página 174 de 227 . En términos generales. se recomiendan las siguientes especificaciones para los elementos que constituyen este sistema: · Tanque de asentamiento. · Línea de descarga al tanque de almacenamiento. esbelto...Debe ser de 4” de diámetro como mínimo.. de mayor altura que el tanque de asentamiento. y ésta. debe estar protegida contra la corrosión y deterioro mecánico.Debe ser nivelado perfectamente para evitar fugas de aceite por el extremo más alto. 25-29 Oct..el punto de salida de esta línea debe estar localizado a 12 pies del fondo del tanque y es necesario conectarla as la descarga de vapores para evitar el efecto de sifón. La línea termina debajo del centro del difusor y en su extremo debe llevar una “T” en posición vertical. con la sección superior con mayor diámetro que la inferior. · Difusor. · Línea de descarga de vapores. que pudieran arrancar impurezas hacia la succión de la bomba. como todas las tuberías superficiales. La entrada del fluido (aceite) debe efectuarse a través de la sección superior. que debe ser de compuerta. 14.UNIDAD DE BOMBEO HIDRAÚLICO Página 175 de 227 ... 7. 2010 FIG. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 16. 7....Optimización de SAP AIATG Poza Rica.CÁMARA DE FONDO EN UNA INSTALACIÓN DE BOMBA LIBRE CON TUBERÍAS PARALELAS FIG.15. 2010 FIG. 25-29 Oct. 7.CÁMARA DE FONDO EN UNA INSTALACIÓN DE BOMBA LIBRE PARA TR Página 176 de 227 . BOMBA RECÍPROCANTE TRIPLEX Página 177 de 227 . 2010 FIG. 25-29 Oct.17. 7.Optimización de SAP AIATG Poza Rica... .CABEZAL DE DISTRIBUCIÓN Página 178 de 227 .18. 7.. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 FIG. .VÁLVULAS REGULADORAS DE FLUJO Página 179 de 227 . 7. 25-29 Oct.19. 2010 FIG.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. 2010 FIG. 7..Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 25-29 Oct.20 VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESIÓN Página 180 de 227 . 21.Optimización de SAP AIATG Poza Rica..VÁLVULA DE CUATRO VÍAS Página 181 de 227 . 25-29 Oct.. 2010 FIG. 7. . 25-29 Oct.DIFERENTES POSICIONES DURANTE LA OPERACIÓN EN CIRCUITO ABIERTO DE BOMBAS LIBRES CON TUBERÍAS PARALELAS Página 182 de 227 . 7.. 2010 FIG.22.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. . 25-29 Oct. 7.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.DISPOSITIVO DE PESCA Página 183 de 227 ..23. 2010 FIG. CABEZAL Y CONEXIONES SUPERFICIALES Página 184 de 227 .24.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 7. 2010 FIG. 25-29 Oct... .Optimización de SAP AIATG Poza Rica.25. 2010 FIG.. 25-29 Oct.TANQUES PARA ALMACENAMIENTO Y TRATAMIENTO DEL FLUIDO MOTRIZ EN UN SISTEMA ABIERTO Página 185 de 227 . 7. debido a los grandes volúmenes de aditivos que son necesarios de agregar. el cual no debe rebasar el 855 de la máxima capacidad de la bomba. 25-29 Oct. debemos de tomar en cuenta las siguientes consideraciones: · Seleccionar el fluido motriz y el sistema de inyección. Página 186 de 227 . 3. puesto que resulta más económico. · Seleccionar la bomba hidráulica más adecuada. · Seleccionar el sistema de tratamiento de fluido motriz. · Elegir un determinado arreglo de tuberías de producción. · En base a la tubería de producción y a los requerimientos del pozo. Seleccionar el tipo de instalación (abierto o cerrado) y si se ventea el gas por el espacio anular o pasa por la bomba.2. se recomienda el uso de agua con fluido motriz y la implantación de un sistema cerrado de inyección.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. seleccione la bomba subsuperficial más adecuada. inyección y descarga. · Definir si el gas producido pasará por la bomba o será venteado por el espacio anular. El uso de agua como fluido de inyección es más costoso que el uso de aceite. 2010 7. Determinar la presión de fondo fluyendo requerida por el gasto deseado. Determinar el desplazamiento de la bomba para producir el gasto deseado. Para el diseño de una instalación de bombeo hidráulico. Para el diseño de una instalación de bombeo hidráulico tipo pistón se recomienda el siguiente procedimiento: 1. · Elegir el empleo de un sistema integral de inyección o emplear un sistema de inyección por cada pozo. 4.. considerando una eficiencia de la bomba del 80%. Seleccionar tentativamente una bomba para mejorar el desplazamiento requerido. 2. Por razones de seguridad y ecológicas se la central de recolección se localiza en una zona urbana o en una plataforma. Por el contrario se deberá usar aceite como fluido en ambos sistemas de inyección.6 Consideraciones y Procedimiento de Diseño. 14. 11.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 10.2.. Determinar los requerimientos de fluido motriz considerando una eficiencia volumétrica del motor del 80%. 8. 13.85 0.074 400pies3/bl ost 1820 lb/pg2 1920 lb/pg2 5 bpd st 6267 bpd st 170 ºF Página 187 de 227 . Determinar las pérdidas de presión por fricción del fluido motriz en el desplazamiento descendente. 9. Determinar las pérdidas de presión por fricción en la bomba. 2010 5. Determinar la presión efectiva de la columna del fluido motriz (carga estática – fricción). Verificar la velocidad de bombeo requerida. 7. 7. 25-29 Oct.70 50% 1. Determinar las pérdidas de presión por fricción de la columna de fluidos de retorno.7 Ejemplo de Diseño de una Instalación Datos Profundidad TR TP Pwh Twh ºAPI Do Dg % agua Dw RGA Pb Pws IP Q max Tf 8000 pies 7” 2 7/8” 102 lb/pg2 110º F 35 0. 12. Obtener el volumen total del fluido de retorno y la presión ejercida por la columna de este fluido. Seleccionar la bomba hidráulica más adecuada. Determinar la presión de operación superficial del fluido motriz. Encontrar la presión de levantamiento del fluido de retorno (carga + fricción + Pd). 6. A7. Solución Como la bomba esta colocada en el fondo del pozo.1 Y B7. 25-29 Oct. A7. de aquí que se aplica la curva de IPR mostrada la (Fig.1) FIG..1 RELACIÓN DE COMPORTAMIENTO DE AFLUENCIA Página 188 de 227 .Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 Solo líquido En el fondo del pozo esta sentada una bomba hidráulica tipo fijo con un sistema abierto. la presión de entrada a la bomba será la presión de fondo fluyendo (Pwf) del pozo. Optimización de SAP AIATG Poza Rica.311 12.35 21. la ecuación 7. 202. 7.397 37.1 – 7. 616 0.2 Bombas KOBE A Diámetro de Bomba y Descripción Desplazamiento Velocidad Relación BPD/EPM Máxima Gasto P/E (EPM) BPD Motor Bomba VFR 20.015 66.41 0.2 da: NL = D – (Pwf/Gf) …………………………………. 161.146 2.73 630 858 1119 1516 1516 1516 5. Con esto.81 444 673 686 686 2.142 4.020 0.76 53 Tabla 7.15 62 2 ½x1¾ 1.1 Bombas KOBE E Desplazamiento Diámetro de Velocidad Relación bomba BPD / EPM Máxima P/E Gasto BPD y descripción EPM Motor Bomba 2 x 1 3/8 1. 1. 202.54 0. 015 VFR 25.25 De las tablas de especificaciones (7. Para un pozo similar de alta productividad.81 56 3 x 2 1/8 1.613 VFR20. El comportamiento entre estas bombas esta por lo tanto limitado únicamente por el diámetro de la TR y la IP.49 150 150 VFR 25.56 0.1 NL = 8000 Ft (P/E)max = 10000 / NL = 10000 / 8000 = 1.35 42.15 9. 017 VFR 25. se consideran tres alternativas (bombas de alta capacidad) con una diferencia significativa en la relación P/E y el fluido motriz requerido. la ecuación 7.152.1 da una elevación neta de 8000 pies. Tabla 7.33 120 120 120 Página 189 de 227 . 202.96 4.161.4) se observan algunas bombas con relación (P/E)max.25 7.. 2010 Si se ignora Pwf/Gf .32 75. 25-29 Oct. 52 17.546 393 2.000 821 9.15 1.94 32..00 87 4x2–1¾ 0.50 77 Tabla 7.1 ¾ x 1 ¾ 0.13 7.15 2.545 139 2.79 7.649 1617 32.02 3.99 17.431 703 5.000 2502 32.746 367 5.59 87 3 x ½ .13 4.44 21.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.02 4.592 486 9.150 751 913 1076 7.92 100 2 ½ x 1 ¼ . 2010 Tabla 7.61 5.94 21.03 100 2 ½ x 1 7/16 – 1 ¼ 0.4 87 3x½-1¾ 1.94 21.30 3.17 14. 25-29 Oct.61 7.36 100 100 100 Página 190 de 227 .79 7.3 Bombas KOBE D Desplazamiento Diámetro de Velocidad Relación Bomba y BPD/EPM Máxima Gasto P/E Descripción (EPM) BPD Motor Bomba 2x1 – 1 3/16 0.520 256 5.02 2.700 492 7.10 121 2x1 3/16 – 3/16 1.90 121 121 121 2 ½ x1 1/16-1 ¾-1 ½ x 1 ½ 2 ½ x 1 7/16x1 ¾-1 ¾ x1 ½ 2 ½ x 1 7/16x1 ¾ .000 1218 14.787 646 9.000 1617 21.541 2502 21.61 94.000 402 5.196 1432 1794 2136 17.10 121 2x1 – 1 3/16 1.44 14.4 Bombas KOBE VFR Diámetro de Bomba y Descripción Desplazamiento Velocidad Relación BPD/EPM Máxima Gasto P/E (EPM) BPD Motor Bomba 2x1 3/16x1 3/8-1 3/16 x 1 3/16 2x1 3/16x 1 3/8-1 3/8x1 3/16 2x1 3/16x1 3/8-1 3/8x 1 3/8 0.25 121 2x1 – 3/16-1 0.21 7.1 3/8 0.687 1108 21.14 87 3x1¾-1¾ 1.1 1/16 1.50 77 4 x 2 3/8 – 2 0.55 8.25 121 2½x1¼-1 0.40 77 4x2–2 1.02 7.000 703 7.802 0.44 32.00 77 4 x 2 – 2 3/8 1.03 100 3x½-1¼ 0.99 17.92 100 2 ½ x 1 7/16 – 1 7/16 1.480 1218 9.67 100 2½x1¼-1¼ 1.647 254 3.43 87 3x½-1½ 1.00 77 4 x 2 3/8 – 2 3/8 1.15 3.976 1.000 393 3.000 254 2.30 2.813 0.776 821 14.61 14.79 6.976 1.56 100 2½x1¼-1½ 0.17 9.15 121 2x1 – 1 1.99 14.00 87 3x1¾-1½ 0. suponiendo Eb = 85% y Em = 90%.4 y 7.32 x SPM x 10. A7. 25-29 Oct.53 (100) / 53 = 29.7 da: Q1 = 73.3% de gasto.4 Q1 = 66.…7.8 Suponiendo un gasto de producción en la superficie de 1000 bpd st.142)) – P1/(1. 7.9 = 73.. Con esto.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.3 SPM = Q4/ (75.74 31. 7.882 2728 31.85) = Q4/64..94 35.142)………. 2010 3x1 3/4x2 1/8-1 7/8x1 7/8 3x1 ¾ x 2 1/8 – 2 1/8 x 1 7/8 3x1 ¾ x 2 1/8 – 2 1/8 x 2 1/8 0. 7.53 = 1114 bpd st Porcentaje de gasto (%RS) = 15.94 42.7 P4 = [P3 + ((P3 + Fp) / (P/E))] – P1/(P/E)……………. las ecuaciones 7.74 Vel máx 53 77 87 Para la bomba 1. la Fig.74 35.5 quedarán respectivamente.5 P4 = P3 + ((P3 + Fp) / (1.882 1.53 epm Sustituyendo en la ecuación 7.34 36.. y 3.32 32.74 35. 7.34 q1 66.76 1.6 Q1 = q1 x SPM x Em ………………………………….000 2502 32.3 Para 29.097 2726 3213 3700 35. 7.2 muestra: Fp = 195 x 0.4 = 15. 2.3.76 x 0. la ecuación 7.4………………… 7. SPM = Q4/ (q4 x Eb)………………………………….039 1.142 4015 75.69 x 15.85 = 166 lb/pg2 El gasto total de líquido en la tubería de producción: Qt = 1000 + 1144 = 2144 bpd del cual 1642 bl son aceite y 500 bl son agua para este gasto: P3 = 3325 lb/pg2 (correlación de flujo multifásico en tuberías verticales) Página 191 de 227 .3 87 87 87 Estas bombas serán numeradas 1.69 SPM……………. Bomba 1 2 3 Tabla 1(#3) 2(#22) 3(#7) P/E Desplazamiento q4 1.6 da: SPM = 1000 bpd / 64.50 0. .142 = 462 lb/pg2 Similarmente. Página 192 de 227 . 25-29 Oct. Con esto la ecuación 7. se obtiene: P1 = 6761 lb/pg2 (correlación de flujo multifásico en tuberías verticales. Q4¸. y empleando el mismo procedimiento se obtiene la tabla siguiente: Q4 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 SPM 19 22 25 28 31 34 37 % RS 35 41 47 53 59 64 70 Fp 205 244 279 323 378 440 506 Q1 1371 1602 1831 2060 2289 2517 2746 P3 3387 3459 3541 3633 3735 3848 3971 P1 6741 6721 6702 6683 6663 6644 6625 P4 629 815 1017 1245 1502 1784 2089 En la figura A7. en esta se incluyo la curva de IPR empleando la misma escala.142] – 6761 / 1. 2010 Con un gasto de fluido motriz de 1144 bpd y si la presión de operación en la superficie se fija con 4000 lb/pg2.3 se graficó P4 vs. puede obtenerse lo siguiente para la misma bomba con otros gastos supuestos.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.8 da: P4 = 3325 + [(3325 + 166)/1. 2010 FIG..2 PRESIÓN REQUERIDA PARA OPERAR UNA BOMBA HIDRAÚLICA SIN CARGA Página 193 de 227 .Optimización de SAP AIATG Poza Rica. A7. 25-29 Oct. 1 84. los gastos posibles y de fluido motriz.1 Q1 2823 2596 2907 HP 158 177 198 De la tabla anterior se puede observar lo siguiente: Página 194 de 227 .5 92. 25-29 Oct.. A7. 2010 FIG.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Nótese que las curvas se cruzan debido a la diferencia en la relación P/E y gasto de fluido motriz para este pozo en particular y con una presión de operación en la superficie de 4000 lb/pg2. por ciento de gasto y requerimientos de potencia para cada bomba son como siguen: Bomba 1 2 3 qp 2030 1960 1950 %Rs 59.3 CURVAS DE ENTRADA PARA VARIAS BOMBAS HIDRAÚLICAS Este mismo tipo de cálculos con una presión de operación en la superficie de 4000 lb/pg2 ‘‘ fueron hechos para la bomba 2 y 3. Si se supone una presión de fluido motriz de 4. Si la presión de operación máxima disponible es de 4000 lb/pg2 y el gasto de producción será optimizado para la bomba seleccionada.7 se obtiene: Q1 = (73.11) = 229 bpd st.11 (100)/53 = 5. 2010 La bomba # 2 no se recomienda ya que su porcentaje de gasto es más alto del 85%.2) muestra Fp = 110 lb/pg2 De la ecuación 7.142] – (4500 / 1.8 da: P4 = 3.4 = 3. la ecuación 7..179 + [(3179 + 110)/ 1. (la Fig.6 da: SPM = 200/64. Para este gasto. de la ecuación 7.142) = 2119 lb/pg 2 Similarmente con otras presiones supuestas de fluido motriz y para el mismo gasto se puede obtener lo siguiente: P1 500 0 550 0 600 P4 168 1 124 5 805 Página 195 de 227 . 25-29 Oct.86 Para 5. P3 = 3.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. La bomba # 1 puede ser seleccionada sobre la bomba # 3.179 Lb/pg 2 (correlación de flujo multifásico en tuberías verticales). por que da un alto gasto de producción. El gasto total de líquido en la tubería de producción es entonces 200 + 229 = 429 bpd st de los cuales 329 bl st son aceite y 100 bl st de agua. requiriendo bajo gasto de fluido motriz (menor potencia en la superficie) y su porciento de gasto es menor.69) (3.500 lb/pg2. el limite en la presión de operación en la superficie debe ser disminuido. Para un gasto de producción supuesto de 200 bpd st. el cual caso no será una limitante en la presión del fluido motriz. se debe estudiar el comportamiento de la bomba para tomar en cuenta el efecto de fricción.86 % de gasto. A7.11 emp Con esto: %RS = 3. Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 0 650 0 367 El mismo tipo de cálculos se hizo para otros gastos supuestos. Los resultados de estos, se muestran en la tabla 7.5 de la figura A7.4 la presión P4 se graficó contra Q4 para las distintas presiones del fluido motriz. Así mismo la curva de IPR se graficó empleando la misma escala. Tabla 7.5 PRESIÓN DE ENTRADA PARA UNA BOMBA HIRAÚLICA EN EL POZO # 1 (BOMBEADO LÍQUIDO) P4 PARA PRESIONES DE FLUIDO MOTRIZ DE: Q4 P3 Fp 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 3200 3273 3387 3541 3735 3971 4249 4572 4950 110 131 205 279 378 506 677 850 935 2159 2314 2595 2945 3396 3951 4623 5379 6144 1721 1876 2154 2507 2958 3513 4185 4941 5707 1283 1438 1716 2069 2520 3075 3747 4503 5269 845 1453 1278 1631 2082 2637 3309 4066 4831 408 453 840 1193 1645 2199 2871 3628 4393 -----125 402 755 1207 1761 2434 3190 3955 ---------------318 769 1324 1996 2752 3517 --------------------331 886 1558 2314 3080 -------------------------448 1120 1876 2641 -------------------------10 682 1439 2204 Los gastos posibles son encontrados en la intersección de las curvas de entrada a la bomba con la curva de IPR. Por ejemplo, el pozo puede producir 650 bpd st con una presión de fluido motriz de 5000 lb/pg2. para este gasto, de la ecuación 7.6 se obtiene: SPM = 650/64.4 = 10 epm Con esto de la ecuación 7.7 se obtiene: Q1 = (73.69) (10) = 744 bl o st/día Para una presión de fluido motriz de 5000 lb/pg2 y un gasto de fluido motriz de 744 bl st/día. Ps = 2221 lb/pg 2 (correlación de flujo multifásico) Con esto, de la ecuación 2.15 se obtiene: Página 196 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 HP = 1.7 x 10-5 x 744 x 2221 = 28 HP FIG. A7.4 CURVAS DE ENTRADA PARA BOMBEO HIDRAÚLICO Página 197 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 El mismo tipo de cálculo fue hecho para otros gastos posibles. Los resultados se muestran en la tabla 7.6. El gasto posible qp se graficó contra Q1, P4 y HP en la (Fig. A7.5) el desplazamiento de la bomba disponible (4015 x 0.85 = 3413 bl st/día) fue considerado de la misma figura. Página 198 de 227 Optimización de SAP AIATG Poza Rica, 25-29 Oct., 2010 FIG. A7.5 POSIBLES GASTOS DE PRODUCCIÓN POR BOMBEO HIDRAÚLICO Tabla 7.6 REQUERIMIENTOS DE POTENCIA PARA LOS POSIBLES GASTOS PARA EL POZO # 1 CON BOMBEO HIDRAÚLICO (BOMBEANDO LÍQUIDOS) P1 qp SPM Q1 Ps HP Deltaqp/DeltaHP 5000 650 10 744 2221 28 15 5500 1190 18 1362 2777 64 10.8 6000 1590 25 1819 3337 103 7.7 6500 1920 30 2197 3903 146 6.4 7000 2220 34 2540 4477 193 5 7500 2470 38 2826 5052 243 4.4 8000 2710 42 3101 5635 297 3.7 8500 2925 45 3347 6221 354 3.3 9000 3125 49 3576 6811 414 ----- De la (Fig. A7.5), es evidente que arriba de 4000 bl st/día, la presión requerida aumenta rápidamente sin una ganancia significativa en el gasto de producción. De aquí, que este gasto será seleccionado si está dentro del desplazamiento de la bomba disponible, por un lado, y por otro se este no rebasa el límite de presión de operación en la superficie. En este caso, sin embargo se usará el límite recomendado de 400 lb/pg2 de presión de operación en la superficie. Con esta presión el pozo puede producir 1975 bl aceite st/día para los cuales el gasto de fluido motriz es de 2260 best/día y la potencia requerida es de 154 HP (ver Fig. A7.5) 7.3 BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET. 7.3.1 Introducción. El bombeo subsuperficial JET (a chorro) es un sistema especial de bombeo hidráulico, a diferencia del tipo de pistón, no ocupa partes móviles, y su acción de bombeo se realiza por medio de transferencia de energía entre el fluido motriz y los fluidos producidos. Página 199 de 227 tipo A. El diseño A. tipo B. sin embargo. donde su presión total es convertida a una carga por velocidad. 7. La tobera descarga un chorro en la cámara de entrada de los fluidos del pozo. con descarga en el espacio anular y anclado en la tubería de revestimiento.2 Tipos de Bombas JET. normalmente requiere de una potencia de entrada mayor que la de una bomba hidráulica. se lleva a cabo a través de un mecanismo colocado en Página 200 de 227 . En la cámara de mezclado cuyo diámetro es mayor al de la tobera. · La sección de trabajo es muy compacta por lo cual su instalación es fácil. la cual tiene comunicación con la formación.28) muestra una bomba libre. Existen dos características que limitan este tipo de bombeo. se mezclan los fluidos producidos y el fluido motriz. que es la última sección de trabajo. se establece el flujo hacia la superficie. El diseño de las bombas superficiales tipo chorro que se usan en el campo petrolero es similar entre los diferentes fabricantes una de las diferencias es la forma en que los fluidos son circulares dentro y fuera de la sección de trabajo. 25-29 Oct. la mezcla pasa al difusor. tipo pistón. 2010 Un ejemplo típico de una bomba subsuperficial tipo chorro se muestra en la (Fig. se ha incrementando su empleo para pozos de grandes gastos y fluidos contaminados.27) ilustra una bomba “libre” marca KOBE. se refiere a un concepto relacionado a la trayectoria del fluido motriz y al de producción que se encuentran en la bomba. La succión del fluido en esta bomba. principalmente se necesita una presión de succión relativamente alta para evitar la cavitación y como segunda desventaja la eficiencia mecánica es baja. La (Fig. el fluido motriz pierde energía que es ganada por los fluidos del pozo. tanto motriz como producidos.26): EL fluido motriz entra por la parte superior de la bomba y pasa a través de la tobera. colocada en el fondo del pozo y con descarga en el espacio anular. 7.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. en donde la energía que en su mayor parte es conservada en forma de carga por velocidad se convierte en carga por presión estática. Al mismo tiempo que se efectúa la mezcla. Las ventajas de este bombeo son numerosas: · Carencia de partes móviles que permiten manejar fluidos de cualquier calidad.3. 7. cuando esta presión es mayor que la ejercida por la columna de fluidos en el espacio anular. Después. · Se puede usar en cualquier profundidad. La (Fig. 7. · Se manejan altos gastos. FIG. 7.3. el cual es arrastrado por la difusión del chorro hasta el eductor. El funcionamiento de la bomba.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 7. 2010 la entrada de la cámara.26.. Para formar el chorro. 25-29 Oct. se hace pasar un líquido a presión en la boquilla de diámetro B. para convertirse en presión por el aumento paulatino de sección en el eductor (Fig. permitiendo usar cámara de mezclado y toberas grandes.29). se basa en la profundidad de arrastre que tiene el chorro de un líquido de alta velocidad. donde alcanza la velocidad y al llegar a la garganta de diámetro D. para obtener así un gasto alto. al descargar en un medio fluido de la misma especie..BOMBA TIPO CHORRO Página 201 de 227 . descargando este líquido A la velocidad V en el seno del líquido Q a la presión S. 7.3 Hidrodinámica de la Bomba. 7. 2010 FIG.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. 7.27. 25-29 Oct.28...BOMBA KOBE TIPO “B” DE TR Página 202 de 227 .BOMBA KOBE TIPO “A” DE CHORRO FIG. 2010 FIG.4 Ejemplo de Diseño de una Instalación Tipo Jet Página 203 de 227 . 7.29 HIDRODINÁMICA DE LA BOMBA 7.. 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 074 RGA 400pies3/bl ost Pb 1820 lb/pg2 Pws 1920 lb/pg2 IP 5 bpd st Qmax 6267 bpd st Tf 170 ºF Solo Líquido Como la bomba está colocada en el fondo del pozo.1) se muestra el IPR en bpd y con bpd. de aquí se puede usar la curva de la B7. se muestran el la tabla B7.5)..Optimización de SAP AIATG Poza Rica. yacimientos y fluidos.475……………………………… (B7.2) Si se supone un gasto de producción de 200 bl st/día.1 queda: Q1 = 200/0.85 Dg 0. De aquí las ecuaciones: q1 = qsc/0.70 % agua 50% Dw 1.475 y la relación de máxima eficiencia es también 0. Para la solución consultar las (Fig.475 P1…………………… (B7. 25-29 Oct.1) P3 = 1. B7. B7. la máxima relación de flujo es 0. B7. 2010 Los datos del pozo.4).2 – B7. la B7.475 (Fig.1 DATOS Profundidad 8000 pies TR 7” TP 2 7/8” Pwh 120 lb/pg2 Twh 110º F ºAPI 35 Do 0.475 = 421 bl st /día El gasto total de líquido en la tubería de retorne es: Página 204 de 227 .1 Para la bomba A.475 P2 0. Tabla B7. la presión de entrada es igual a la presión de fondo fluyendo.1 en la (Fig. de la ecuación B7.1 se obtiene: P3 = (1. B7. La presión de descarga requerida para este gasto es: P2 = 3129 lb/pg2 (de correlación de flujo multifásico en tuberías verticales). B7.2 Valores obtenidos de q1. 25-29 Oct. P1 y P3 para varios gastos supuestos qsc q1 P2 P1 P3 400 842 3169 6787 1451 600 1263 3231 6750 1560 800 1684 3314 6714 1699 1000 2105 3417 6679 1868 1200 2526 3542 6644 2069 1400 2947 3688 6452 2375 1600 3368 3855 6450 2670 1800 3789 4044 6238 3002 La presión de entrada P3 se graficó contra qsc B7. Tabla B7.2 para otros gastos supuestos.D y E. Página 205 de 227 .2 El IPR en bpd se graficó a la misma escala en la misma gráfica. P2.. No hay flujo en las relaciones de bomba C. Los resultados se graficaron en la misma (Fig.2) Nótese que las curvas se traslapan debido a la diferencia de gasto y la relación de carga.475) (6824) = 1374 lb/pg2 De manera similar se pueden obtener los resultados de la tabla B7. Cálculos similares se hicieron para otras bombas.2). de los cuales 521 bpd son aceite y 100 bpd son agua. Es evidente que sin el límite de presión de operación en la superficie de 4000 lb/pg2 la relación A debe ser seleccionada debido a que proporciona un mayor gasto que la relación B. Con esto. Para la relación de bomba A el pozo puede producir 900 bpd con una presión de operación en la superficie de 4000 lb/pg2 (Fig.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Con una presión de operación en la superficie de 4000 lb/pg2 la presión del fluido motriz es: P1 = 6824 lb/pg2 (de correlación de flujo multifasico en tuberías verticales). 2010 200 + 421 = 621 bpd.475) (3129) – (0. 475) (6000) = 1765 lb/pg2 FIG. Para un gasto supuesto de 200 bpd la presión del fluido motriz determinada previamente fue de 3129 lb/pg2. Con esto.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Pero para mostrar el efecto de fricción y la zona de cavitación el límite de presión de operación en la superficie puede ser bajo. 2010 Si la presión de operación máxima permisible en la superficie es de 4000 lb/pg2 y se desea optimizar el gasto de producción debe estudiarse el comportamiento de la bomba para presiones menores de 4000 lb/pg2. B7.2 CURVAS DE ENTRADA PARA DIFERENTES BOMBAS HIDRAÚLICAS TIPO JET Página 206 de 227 .. no hay límite en la presión del fluido motriz. 25-29 Oct.2 se obtiene: P3 = (1. si se supone una presión de fluido motriz de 6000 lb/pg2 . en este caso. de la ecuación B7.475) (3129) – (0. .Optimización de SAP AIATG Poza Rica.3.4 los resultados se muestran en la tabla B7. La presión de entrada P3 se grafico contra qsc para diferentes presiones del fluido motriz en la (Fig. B7. se puede optimizar: P1 7000 8000 9000 P3 1290 815 340 Cálculos similares se hicieron para otros gastos supuestos. Tabla B7.4 qs = (q3 (At – Aj)) / (ASM)5 Tabla B7.3 PRESIÓN DE ENTRADA PARA BOMBEO JET EN EL POZO DEL EJEMPLO (BOMBEANDO LÍQUIDO) P3 para presiones de fluido motriz supuestas de: qsc P2 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3169 3314 3542 3855 4256 4750 5343 1825 2038 2375 2836 3428 4156 5031 1355 1563 1900 2361 2953 3681 4556 875 1088 1425 1886 2478 3206 4081 400 613 950 1411 2003 2731 3606 ------138 475 936 1528 2256 3131 ------------0 461 1053 1781 2656 ------------------------578 1306 2181 El área de cavitación se calcula de la ecuación B7. B7. 25-29 Oct. y el gasto limite de cavitación se calcula con la ecuación B7.. para el mismo gasto de 2000 bpd con otras presiones de fluido motriz supuestas.3).3. 2010 Similarmente.4 ASM = (Aj – At) = q3 / 691 (p3/G3)1/2 …………………. Los resultados se muestran en la tabla B7.4 AREA Y GASTO MÁXIMO DE CAVITACIÓN PARA EL POZO P1 P3 ASM qs Página 207 de 227 . el IPR en bpd se graficó en esta a la misma escala. La operación de la bomba puede ser en cualquier parte debajo de la curva de cavitación y esta limitada únicamente por la presión de operación en la superficie de fluido motriz.475 = 947 bpd Página 208 de 227 . Los gastos posibles son las intersecciones de las curvas de entrada de la bomba con la curva de IPR.4: q1 = 450/0.6). Por ejemplo.02970 686 9000 1411 0. B7. el pozo puede producir 450 bpd con una presión de operación del fluido motriz de 6000 lb/pg2. El gasto de fluido motriz requerido se obtiene con la ecuación B7.03978 1344 10000 1528 0.04779 1799 Los puntos de cavitación se marcaron en la intersección de la línea de qs con la respectiva curva de entrad con esto se trazo una curva suave a través de estos puntos (ver Fig.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 8000 1425 0. 25-29 Oct.. se obtiene: Ps = 3198 lb/pg2 (de correlación de flujo multifásico en tuberías verticales).Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 FIG. M Y EFICIENCIA Para una presión y un gasto de fluido motriz de 6000 lb/pg2 y 947 bpd respectivamente.7 x 10-5 ) (947) (3198) = 52 HP Página 209 de 227 .5 se obtiene: HP = 1.3 CURVAS DE ENTRADA PARA BOMBA HIDRAÚLICA TIPO JET FIG. B7. Y de la ecuación B7..7 x 10-5 x q1 x Ps HP = (1.4 GRÁFICA DE H vs. B7. 25-29 Oct. Página 210 de 227 . Ps y q1 en la (Fig.5 x (0.475 = 1853 bpd HP = (1.B7. la presión de operación en la superficie así como la potencia requerida se incrementan rápidamente sin obtener una ganancia significativa en el gasto de producción.6 Aj = 1853 / 1214.3 7000 1030 2168 4354 161 3.5).0 12000 2470 5200 11986 1007 ----Cálculos similares se hicieron para otros gastos. 25-29 Oct. Este gasto podría ser seleccionado. Con esto: q1 = 880 / 0. Con esta presión. 2010 Tabla B7. de la ecuación 3. Los resultados se muestran en la tabla B7.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.7 x 10-5) (1853) (4000) = 112 HP P1 = 6700 lb/pg2 P3 = 1770 lb/pg2 Con esto.5 POTENCIA REQUERIDA PARA KLOS GASTOS POSIBLES DEL POZO CON BOMBEO JET (BOMBEANDO LÍQUIDO) P1 qp q1 Ps HP Deltaqp/DeltaHP 6000 450 947 3198 52 5.2 9000 1740 3663 6923 431 1.85/(6700 – 1770))1/2 = 0.3 11000 2255 4757 9874 797 1.2 8000 1425 3000 5588 288 2.4).5 el gasto posible se graficó contra HP.02 pg2 Nota: Aj puede ser corregido por el diámetro de toberas disponible.14 se obtiene: Aj = q1 / 1214.6 10000 2010 4232 8361 601 1. si no presenta cavitación y limite recomendado de 4000 lb/pg2 de presión de operación. el pozo puede producir 880 bpd (ver figura B7.5 (Ds/(P1 – P3 ))1/2 …………. En la figura B7. B7...5 se puede observar que arriba de 2800 bpd. Ps.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 2010 FIG. 25-29 Oct.5 GASTOS POSIBLES DE PRODUCCIÓN POR BOMBEO HIDRAÚLICO TIPO JET Vs HP. Y Q1 PARA EL POZO (BOMBEANDO LÍQUIDO) Página 211 de 227 . B7.. lb/pg2 Ppf = Presión de retorno. hp Ps = Presión superficial de inyección del fluido motriz. EPM Ev = Eficiencia de la bomba Em = Eficiencia del motor. bpd st V = Volumen de entrada. pies q1 = Desplazamiento del motor. pg2 Ae = Área del pistón del motor. lb/pg2 P4 = Pwf = Presión de entrada. pies Gf = Gradiente de fluido fluyendo en la TP. lb/pg2 P2 = Presión de descarga del moto. bpd Ap = Área del pistón de la bomba. bpd st Q4 = Gasto de producción. alrededor del 90% HP = Potencia requerida del equipo de bombeo. pg2 Ar = Área de la varilla. lb/pg2 P3= Presión de descarga de la bomba. 2010 Nomenclatura (Tipo Pistón) P1 = Presión del fluido motriz. lb/pg2 Q1 = Gasto del fluido motriz. bpd/epm SPM = Velocidad de la bomba. pies Dp = Profundidad de colocación de la bomba. lb/pg2 Pwh = Presión en la cabeza del pozo. bpd/EPM q4 = Desplazamiento de la bomba. lb/pg2 Página 212 de 227 . 25-29 Oct. lb/pg2 /pie D = Profundidad del pozo..Optimización de SAP AIATG Poza Rica. pg2 NL= Elevación neta. lb/pg2 P3 = Presión en la succión. lb/pg2 Ph = Presión de operación en la cabeza del pozo. lb/pg2 ASM = Área mínima anular para evitar la cavitación. pg2 G3 = Gradiente de lodo fluidos producidos. pg2 As = Área anular de la cámara de mezclado. 2010 Fp = Perdida de presión por fricción de la bomba VF = Factor de volumen Nomenclatura (Tipo Jet) Aj = Área de la tobera. bpd q2 = Gasto en la descarga en la tobera. bpd q3 = Gasto de fluido producido (líquido + gas) P1 = Presión en la Tobera. pg2 At = Área de la tobera q1 = Gasto de fluido motriz. 25-29 Oct. lb/pg2 Ps = Presión de operación en la superficie.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. lb/pg2 P2 = Presión en la descarga. lb/pg2/pie Página 213 de 227 . 2010 Página 214 de 227 .Optimización de SAP AIATG Poza Rica. 25-29 Oct.. Optimización de SAP AIATG Poza Rica. · Su eficiencia es muy baja (1015%) · Más cantidad de gas para producir un barril Página 215 de 227 . · Las válvulas pueden ser recuperadas con línea de acero. · Flexibilidad operativa al cambiar condiciones de producción.1 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS DIFERENTES TIPOS DE BOMBEO.R. · Flexibilidad operativa al cambiar condiciones de producción · Adaptable en pozos desviados. debe soportar una alta presión de gas. · Adaptable en pozos desviados · El equipo superficial puede centralizarse en una estación. BOMBEO NEUMÁTICO INTERMITENTE VENTAJAS · Inversiones bajas para pozos profundos.. · Las válvulas pueden ser recuperadas con línea de acero. · Se requieren niveles de líquido altos. por lo que las reparaciones son baratas. · Altos costos operativos al manejar gases amargos. BOMBEO NEUMÁTICO CONTINUO VENTAJAS · Inversiones bajas para pozos profundos. DESVENTAJAS · Requiere una fuente continua de gas. · Capaz de producir grandes volúmenes de fluidos. · El equipo superficial puede centralizarse en una estación. 2010 CAPÍTULO VIII COMPARACIÓN DE LOS SISTEMAS ARTIFICIALES 8. · La T. · Su vida útil es mayor que la de otros sistemas. · Los gastos de producción son reducidos. 25-29 Oct. · Bajos costos en pozos con elevada producción de arena. · Se requiere alimentación de gas a alta presión · Condiciones peligrosas al manejar gas a alta presión. DESVENTAJAS · Requiere una fuente continua de gas · Costos operativos altos si el gas es comprado. · Bajos costos en pozos con elevada producción de arena. · Adaptable a la automatización. · Para reparación de la bomba las varillas deben ser extraídas. DESVENTAJAS · Inversiones altas para producciones altas y así como para profundidades medias y profundas. · Es adaptable a pozos con problemas de corrosión e incrustaciones.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. · Dificultad para manejar alto % de arena o gas Página 216 de 227 . debe soportar una alta presión de gas. · Requiere fuentes económicas de suministro de energía eléctrica. · Diseño simple. · Condiciones peligrosas al manejar gas a alta presión. · Permite producir con niveles de fluidos bajos. BOMBEO MECÁNICO · La T. DESVENTAJAS · El cable eléctrico es la parte más débil del sistema. · Baja inversión para profundidades someras. · Poca flexibilidad para variar condiciones de producción. · Tiempos de cierre prolongados. · Problemas en agujeros desviados. · Cuando su aplicación es apropiada. · Debido a las características de las varillas se limita el BM a profundidades mayores y volúmenes altos de producción.. BOMBEO ELECTROCENTRÍFUGO VENTAJAS · Buena habilidad para producir altos volúmenes de fluido a profundidades someras e intermedias. · Los problemas de incrustaciones son fatales para la operación. es el método mas barato. 25-29 Oct. 2010 · Se requiere alimentación de gas a alta presión.R. · Baja inversión para producción de volúmenes bajos y profundidades someras a intermedias (2400 mts). VENTAJAS · Familiar para ingenieros de diseño y el personal operativo. · Es aplicable a profundidades de 4200 m. hasta ahora la máxima profundidad de bombeo es de 1370 m. · Excelente eficiencia hidráulica (50-70 %). · Fácil de instalar y operar. que de continuar puede dañar el motor eléctrico en la superficie. es impulsado por un motor eléctrico. este sistema requiere menos suministros de energía. la camisa de la bomba tiene un hule sintético que cuando rebasa la temperatura de 85°C se empieza a endurecer. · La desventaja principal de este equipo es su limitación en la profundidad de bombeo. · Opera en pozos con aceite viscoso.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. utilizando solamente una bomba. grumos de carbonato. el rango de bombeo puede ser fácilmente variado. polisulfuros.. · Vida útil y corta por los problemas del elastómero. · El sistema es capaz de manejar un amplio rango de condiciones del pozo. DESVENTAJAS · Es un sistema nuevo. de la bomba a su torque constante y a sus características naturales de bombeo. por lo que requiere un buen desarrollo de la experiencia y conocimiento. 2010 BOMBEO DE CAVIDADES PROGRESIVAS VENTAJAS · Bajas inversiones para pozos someros y bajos gastos. lutita y/o arena. · Otra de las desventajas es la temperatura que se tiene en los pozos. cambiando poleas y bandas o utilizando un controlador de velocidad variable. 25-29 Oct. incrementando así la fricción en el rotor de la bomba. aunque año con año se estudian nuevas técnicas y materiales para hacer posible el bombeo a mayor profundidad. · Baja eficiencia para gas. requiere menor utilización que el equipo convencional de bombeo. esto es. · El sistema de bombeo. Como se explico al principio de este trabajo. parafina y gas libre. · En lugar de que la producción sea controlada por una operación de paro y arranque o por un ajuste en la carrera de la bomba. · Excelente para manejar arena. Página 217 de 227 . · El diseño es complejo. · El equipo puede ser centralizado en un sitio reducido. Página 218 de 227 .. · Inversiones bajas para volúmenes producidos mayores a 400 bpd en pozos profundos. · Fácil para agregar inhibidores de corrosión. · La recuperación de las bombas se hace por circulación inversa. · Puede alcanzar profundidades hasta de 18. · La pérdida de potencia en superficie ocasiona fallas en el equipo subsuperficial. · Demasiada inversión para producciones altas a profundidades someras e intermedias. · Seguridad para la instalación en áreas urbanas. · Es adecuado para el bombeo de crudos pesados. · El manejo de arena.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. · Adaptable a la automatización. · Condiciones peligrosas al manejar aceite a alta presión en líneas. gas o corrosión ocasionan muchos problemas. · Se puede instalar en pozos desviados.000 pies · Puede operar en pozos direccionales. incrustaciones. · En ocasiones requiere de sartas múltiples. · Instalaciones grandes ofrecen una inversión baja por pozo. DESVENTAJAS · Mantenimiento del fluido motriz limpio. 2010 BOMBEO HIDRÁULICO VENTAJAS · Flexibilidad para cambiar condiciones operativas. · Es difícil la instalación de la bomba en agujero descubierto. 25-29 Oct. H.N.2 COMPARACIÓN ENTRE LOS DIFERENTES TIPOS DE BOMBEO. JET PISTÓN Menos de 121º C 1 1 1 1 1 1 121 a 177º C 1 3 1 1 1 1 Más de 177º C 1 3 1 1 1 2 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 2 3 3 3 3 1 2 Más de 70 Kg/cm2 1 1 1 1 1 1 7 a 170 Kg/cm2 1 1 1 1 2 1 Menos de 7 Kg/cm2 1 1 2 1 3 1 Requerido 3 3 3 3 1 2 No requerido 1 1 1 1 1 1 Simple 1 1 1 1 1 1 Dobles o multizonas 3 2 3 3 1 2 Estable 1 1 1 1 1 1 Variable 1 1 1 1 1 2 Primaria 1 1 1 1 1 1 Terminación Estabilidad Recuperación Página 219 de 227 . 2010 8.C. 25-29 Oct.M.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. CONDICIONES DE YACIMIENTO CONDICIÓN Temperatura Barreras de seguridad Presión fluyente Acceso al yacimiento ESPECIFICACIONES B.P B. B..EC. B. B. EC.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. B.P B. H. 2010 Secundaria 1 1 2 2 3 1 Terciaria 2 2 2 2 2 2 PRODUCCIÓN Y CONDICIONES MECANICAS CONDICIÓN ESPECIFICACIONES B.. 25-29 Oct. JET OTRO Número de pozos Gastos Profundidad 1 1 1 2 2 3 1 1 a 20 1 1 1 1 2 1 Más de 20 1 1 1 1 1 1 Menos de 1000 bl/d 1 1 1 1 2 2 1000 a 10000 bl/d 2 2 2 2 1 1 Más de 10000 bl/d 3 3 3 3 1 1 Menos de 750 m 1 1 2 2 2 2 750 a 2290 m 2 2 2 2 1 1 Más de 2290 m 2 3 1 1 1 1 4 ½” 1 1 1 1 2 2 5 ½” 1 1 1 1 1 1 7” 2 2 2 2 1 1 9 5/8” o mayor 2 3 2 2 1 1 Vertical 1 1 1 1 1 1 Desviado 2 3 2 2 1 1 Tamaño de TR Inclinación Página 220 de 227 . B.C.M. B.N. 1 1 1 1 1 2 2 0. 2010 Ángulo de desviación Horizontal 2 3 2 2 1 1 Menos de 3° por 100’ 1 1 1 1 1 1 3° a 10° por 100’ 2 2 1 1 1 1 Mas de 10° por 100’ 3 3 1 1 1 2 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS CONDICION ESPECIFICACIONES B.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. B. B. B.N.P.C.0 2 2 2 2 1 2 3 RGL 3 Página 221 de 227 . JET OTRO Corte de agua Viscosidad Corrosivos Arena y abrasivos RGA Bajo 1 1 2 2 1 1 Moderado 1 1 1 1 2 1 Alto 1 1 1 1 3 1 Menos de 100 cp 1 1 1 1 1 1 100 a 500 cp 1 1 1 1 1 1 Más de 500 cp 1 1 2 2 2 3 Si 2 2 2 2 1 2 No 1 1 1 1 1 1 Menos de 10 ppm 1 1 1 1 1 1 10 a100 ppm 2 1 2 2 1 2 Más de 100 ppm 3 1 3 3 1 3 Menos de 90 m3/m3 1 1 1 1 2 1 90 a 358 m3/m3 2 2 2 2 1 1 Más de 358 m /m 3 2 3 2 1 2 Menos de 0. B.EC. 25-29 Oct.M.1 a 1.H. C. B. 25-29 Oct.. 2010 Contaminantes Tratamientos Más de 1.M.N.EC JET OTRO Tierra 1 1 1 1 1 1 Costa afuera 3 2 2 2 1 1 Remota 2 1 2 2 2 1 Ambiente sensitivo 2 2 2 2 2 1 Red de distribución 1 1 1 1 1 1 Generación 2 2 1 1 1 2 Sí 3 2 2 2 2 1 No 1 1 1 1 1 1 Ubicación Energía eléctrica Restricciones de espacio Página 222 de 227 .P. B.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. B.0 2 2 3 2 1 2 Escala 2 1 2 2 1 2 Parafina 2 1 2 2 2 2 Asfaltenos 2 1 2 2 2 2 Inhibidor de escala 1 2 1 1 1 2 Inhibidor de corrosión 1 2 1 1 1 2 Solventes 1 3 1 1 1 2 Ácido 2 2 2 2 1 2 INFRAESTRUCTURA SUPERFICIAL CONDICIÓN ESPECIFICACIONES B.H B. 2010 Servicio de pozos 1 2 3 Reparación de pozo 1 1 1 1 1 1 Equipo de producción 1 1 1 1 1 1 Unidad de CT 3 3 1 1 1 2 Unidad Snubbing 3 3 1 1 1 2 Unidad de WL 3 3 1 1 1 3 Bueno Regular Malo Página 223 de 227 . 25-29 Oct.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.. El Bombeo Neumático es un Sistema capas de trabajar con una temperatura mayor a los 177º C. una presión fluyente de más de 70 Kg/m2 y una profundidad de hasta 2290 m o más . Para obtener un óptimo rendimiento de este sistema es recomendable usarlo en pozos verticales ya que su ángulo de inclinación debe de ser menor a 3º por cada 100 pies esto para alcanzar un gasto hasta de 1000 bpd. es por esto.. sin embargo en algunas ocasiones es preferible llevar a cabo la inversión para obtener mayores ganancias.A demás es capas de producir su propia fuente de energía eléctrica. Cabe mencionar que es un sistema terrestre. sin embargo si puede ser usado en zonas urbanas. que son de gran importancia. Este es un sistema que puede ser usado más haya de los rangos recomendados para su funcionamiento óptimo. Solventes y ácidos). contando con un compresor y una instalación adecuada puede trabajar a la vez con más de 20 pozos que cuenten con este sistema. no puede trabajar en áreas restringidas debido a las dimensiones del mismo. el gasto con el que puede trabajar. una presión fluyente desde menos de 7kg/cm2 a mayores de 70 kg/cm2 y una profundidad mínima de 750 m. En cuanto al Bombeo Mecánico puede trabajar con temperaturas normales hasta temperaturas mayores a 177º C. debe seleccionarse el pozo con las características adecuadas para este sistema y que exista un abastecimiento de la energía que use cada uno para su funcionamiento. su propiedad de trabajar con fluidos viscosos y corrosivos así como con tratamientos (Inhibidores de corrosión.000 bpd. lo hacen tener un costo más elevado que los otros. Es óptimo para trabajar en pozos verticales. trabajar con profundidades mayores de 2300 m y en cualquier tipo de pozo ya Página 224 de 227 . Alcanza a producir un gasto máximo de 10. sin embargo el costo del sistema es elevado aún que la profundidad sea media. 2010 CONCLUSIONES En la Industria Petrolera. Por otra parte tenemos el Bombeo Electrocentrífugo el cual cuenta con las características de poder sobrepasar un gasto de producción de 10. horizontales y desviados con un ángulo mayor a 10º por 100 pies. Para que la aplicación de un Sistema de Bombeo Artificial tenga éxito y su instalación sea económica. ya que eleva el porcentaje de extracción de las reservas de Hidrocarburos.Optimización de SAP AIATG Poza Rica.000 bpd. la aplicación de Sistemas Artificiales de Producción se usa cuando la presión no es suficiente para que los Hidrocarburos fluyan hacia la superficie. Cabe mencionar que las ventajas que tiene sobre los otros sistemas como la profundidad. pero esto va a ocasionar que su eficiencia baja y su costo aumente. 25-29 Oct. El Bombeo Rotatorio de Cavidad Progresiva es un sistema que no tiene tanta experiencia en el Campo Petrolero por lo que sus características son un tanto deficientes comparadas con los otros sistemas. así como. Su desempeño se vuelve regular cuando trabaja con un pozo. Como se mencionó al inicio de este trabajo el propósito fue presentar el diseño de instalación . aplicaciones. trabaja con a cualquier presión fluyente así como con cualquier viscosidad. sin embargo.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. es por eso que debe trabajar de 1 a 20 pozos o más. debido a que como se explicó a lo largo del trabajo cada uno tiene un diseño de instalación diferente. trabaja con viscosidades de 100 a 500 cp. con poco gasto y tiene un consumo bajo de energía su inversión es baja Por último el Sistema de Bombeo Hidráulico trabaja: a una profundidad mayor de 2290 m. presiones desde 7 a más de 70 kg/cm2 . Por lo que se torna un sistema delicado y por lo tanto costoso. a demás. Ocasiona inversiones bajas para volúmenes producidos mayores a 400 bpd. presencia de arena y abrasivos. Debido a que trabaja con pozos someros. Es un sistema terrestre y marítimo en el cual su área de trabajo no es grande por lo que no cuenta con restricciones o limitaciones de espacio. y a una temperatura menor de 121º C. para trabajar en excelentes condiciones es recomendable instalarlo en tierra. Relación gas-aceite. esto recae directamente en el gasto ya que tiene una producción aproximada de 1000 bpd y solo trabaja en pozos verticales. con esta información lograr una comparación entre los sistemas presentados para poder determinar cual de ellos es el mejor. horizontal o desviado con un ángulo de inclinación de 3 a 10º por 100 pies. principio de operación. 2010 sea vertical. 25-29 Oct.. Puede ser usado en espacios reducidos. puede llegar a producir 1000 bpd. relación gas líquido. características de fabricación y condiciones de operación. Solo trabaja con pozos verticales aún que se puede instalar en pozos horizontales y desviados lo que puede provocar que su rendimiento no sea el mismo. a cualquier rango de temperatura incluso mayores a 180º C. Página 225 de 227 . sin embargo no se puede establecer cual de los Sistemas desarrollados en este trabajo es mejor. Su funcionamiento se vuelve regular cuando se enfrenta con altas viscosidades. por ejemplo la profundidad a la que da un mejor rendimiento es de menos de 750 m. Gas Lift Design Seminar (1993) 12.. A. (1994) 4. 25-29 Oct. “Bombeo Neumático Continuo”. Halliburton de México “Seminario de bombeo neumatico continuo” (octubre 1987).. CAMCO. PEMEX. D. Weatherford Artificial Lift Systems. PEMEX Exploración y Producción. “Selección del Pozo Constitución 558 para la Instalación de Bombeo Hidráulico tipo Jet” 5. (1996) 3. Página 226 de 227 . “Sistemas de seguridad de equipos electromecánicos rotatorios marcas Interrep-Moyno y Jensen-Rotajack (abril 1990). (31 de enero del 2000) 2. Economices Michael. H. “Operación de Bombeo Mecánico”. Jaime Granados Cázil “Análisis y diagnostico de fallas en instalaciones de bombeo neumático” Tesis profesional UNAM (1987) 7. Primera Edición. E. Apuntes del departamento de tecnología Poza Rica Ver. C. Poza Rica. “REDA”. Capitulo III. “Petroleum Production System. IMP. Colegio de Ingenieros Petroleros de México A. “Bombeo Hidráulico Tipo Pistón y Jet”. Salomón Guzmán Morales “Fundamentos de sistemas artificiales de producción” Tesis profesional IPN (1987) 6. 9. 14. Subdirección General de Capacitación y desarrollo Profesional.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. Quality Submergible Pumas for the Petroleum Industry. PEMEX. Subdirección General de Capacitación y Desarrollo Profesional. C: “Temas selectos sobre bombeo neumático continuo” 10. Gas Lift “AMERICA PETROLEUM INSTITUTE” (1965) 8. 11. PEMEX. Ver. “The Properties of Well Fluids as Relate to Hydraulic Pumping”. 2010 Bibliografía 1. 13. IMP. Subdirección General de Capacitación y Desarrollo Profesional. Prentice Hall”. IMP.. 2010 15. “Apuntes de bombeo mecánico” Tampico TAm. Marco Antonio San Miguel Flores. Smith Sidney. (Agosto 1991) 21. 26. Merla Tool Corporation. 2000 pp. Texas. TRW REDA PUMPS “Reda Sumergible Pump Catalog” 19. 1ª Edición. 1989 Edition. Texas (1962) 16. Tecnical Manual (1985) 26. Richardson. Winkler Herald. “General Catalog”. México. (1996) 25.Optimización de SAP AIATG Poza Rica. “Progressing Cavity Pumps”. Página 227 de 227 . Gas Lift Practices and Principles. “EL MUNDO DE LA QUÍMICA CONCEPTOS Y APLICAIONES 2ª edición. “Curso Básico de bombeo Electrocentrífugo”. Oilfield products Group. W. Instituto Politécnico Nacional. Society of Petroleum Engineers. TESIS: “Diseño de Bombeo Neumático Intermitente”. 27. “CAMCO Gas Lift Manual”. Down-Hole. 17. Moore. N. Superintendencia general de producción Z. “Sistema de Bombeo Electrocentrífugo Sumergible y su Aplicación en el campo de San Andrés”. Kotz. 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