Sistemas de levantamiento artificial Introducción: La mayoría de los pozos son capaces de producir flujo natural en la primera etapa de su vida productiva. No obstante, una finalizada la producción por flujo natural, es necesario a seleccionar un método de Levantamiento Artificial que permita seguir produciendo eficientemente al yacimiento. Al momento de seleccionar entre los diferentes métodos de levantamiento artificial que existen se deben tener en cuenta los siguientes factores: Disponibilidad de fuentes de energía en superficie Características del líquido a producirá Profundidad y presión hidrostática del yacimiento Índice de productividad del pozo Tasa máxima permitida para que no genere problemas de producción El propósito de los métodos de levantamiento artificial, es minimizar los requisitos de energía de la formación productora con el objetivo de maximizar la diferencia de presiones y de esta manera lograr una mayor afluencia de hidrocarburos sin generar problemas de producción como: arenamiento, conificación de agua, etc. Existen diferentes tipos de levantamiento artificial, sin embargo, a los principales se los puede clasificar en dos grupos: Métodos de levantamiento artificial convencionales: Son los de aplicación común en la industria petrolera, en este grupo se pueden destacar: - Bombeo Mecánico - Bombeo Neumático (Gas lift) Métodos de levantamiento artificial no convencionales: Son aquellos cuya tecnología fue desarrollada y/o mejorada en los últimos años. Los principales sistemas que se pueden mencionar son: - Bombeo electro-sumergible (BES) - Bombeo Hidráulico - Bombeo de cavidad progresiva - Plunger lift Métodos de levantamiento artificial convencionales Bombeo mecánico: El bombeo mecánico es un procedimiento de succión y transferencia casi continua del petróleo hasta la superficie. La unidad de superficie imparte el movimiento de sube y baja a la sarta de varillas de succión que mueve el pistón de la bomba, colocada en la sarta de producción, a cierta profundidad del fondo del pozo Este método consiste fundamentalmente en una bomba de subsuelo de acción reciprocante abastecida con energía suministrada a través de una sarta de varillas. La energía proviene de un motor eléctrico o de combustión interna, esta energía moviliza una unidad de superficie mediante un sistema de engranes y correas. Este tipo de bombeo tiene su principal aplicación en la producción de crudos pesados y extra pesados, sin embargo, también es usado para producir crudos medianos y livianos. Se debe tomar en cuenta que el bombeo mecánico no es recomendable en pozos desviados, o cuando la producción de solidos y/o la relación gas-liquido sea muy alta. Componentes de un sistema mecánico: se divide en equipo se superficie y en equipo de subsuelo. Equipo de superficie: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Motor Caja de engranaje Manivela Pesas o contra peso Prensa o estopa Barra pulida Unidad de bombeo El motor La función del motor de la unidad de bombeo mecánico es de suministrar a la instalación energía mecánica la cual es transmitida a la bomba y usada para levantar el fluido. El motor debe ser seleccionado para una instalación debe tener suficiente potencia de salida para levantar el fluido a la tasa deseada desde el nivel de fluido de trabajo del pozo. Los motores pueden ser de combustión interna o eléctricos. Los motores de combustión interna pueden ser de baja o alta velocidad; los de baja velocidad operan entre 200 y 600 rpm y poseen un cilindro, los de alta velocidad funcionan entre 800 y 1400 rpm. En la actualidad el tipo de motor más utilizado en la industria petrolera es el motor eléctrico, este posee también una velocidad constante (baja velocidad ) y una potencia que varía entre 5 y 100 hp, el motor de velocidad variable (alta velocidad) su potencia varía entre los 10 y 200 hp este último utilizado para alto deslizamiento. Manivela Es la responsable de trasmitir el movimiento de la caja de engranaje o transmisión a la biela del balancín, que está unida a ellos por pínes se están sujetas al eje de baja velocidad de la caja de engranajes y cada una de ellas tienen un número igual de orificios, los cuales representan una determinada carrera del balancín, en ellos se colocan los pines de sujeción de las bielas. El cambio de pines de un hueco a otro se llama cambio de tiro. Pesas o contra peso Se utiliza para balancear las fuerzas desiguales que se originan sobre el motor durante a las carreras ascendente y descendente del balancín a fin de reducir la potencia máxima efectiva y el momento de rotación. Estas pesas generalmente, se colocan en la manivela y en algunas unidades sobre la viga principal, en el extremo opuesto el cabezote. Prensa estopa Consiste en una cámara cilíndrica que contienen los elementos de empaque que se ajustan a la barra pulida permitiendo sellar el espacio existente entre la barra pulida y la tubería de producción, para evitar el derrama de crudo producido. Barra pulida Tubería fabricada de material resistente, generalmente se encuentran de diámetros de 11/4 y 1 ½ pulgadas y longitud de 15 y 22 pies. Se encarga de soportar el peso de la sarta de cabillas, de la bomba y del fluido dentro de la tubería. Unidad de bombeo Su función principal es proporcionar el movimiento reciprocante apropiado, con el propósito de accionar la sarta de cabilla y estas, la bomba de subsuelo Mediante la acción de correas y engranajes se logra reducir las velocidades de rotación. K. En pozos productores de crudo pesado. con una consecuente disminución de la eficiencia volumétrica de la bomba. la biela y el propio balancín. utilizando niples de cabillas (tramos de cabillas de menor longitud). mantiene la tubería en una posición constante y reduce la fricción entre las cabillas y la tubería. poseen propiedades de elasticidad. Tubería de producción Ancla de tubería Sarta de cabilla Cabillas API o convencionales Cabillas no API o continuas Bomba de subsuelo Tubería de producción Es una serie de tubos que se usa para trasportar el fluido y. cada una de ellas diseñadas para diferentes diámetros y longitud. Sarta de cabilla Es el elemento de conexión entre la unidad de bombeo. Ancla de tubería Controla los movimientos de la tubería. donde se crea una especie de colchón que aumenta el efecto de flotación de las cabillas durante su carrera descendiente. 4. Mediante esta se trasmite el movimiento reciproco a la bomba para deslizamiento de fluido.. dificultando el desplazamiento del pistón dentro del barril de la bomba 0. 3. diseñado para adicionar peso al colocar en la parte inferior de la barras de peso es de 1 ½ a 2 pulgadas. es ventajoso utilizar barra de peso en la sarta de cabillas. al mismo tiempo. Los tipos de tuberías más empleados para este tipo de completación (BM) son las EUE y la Hydrill. 6. D. instalada en la superficie y la bomba de subsuelo. 5. ya que facilita el desplazamiento de crudo viscoso al mantener tensión en la sarta de cabillas. Cabillas no api o continuas . Las longitudes de las cabillas pueden ser de 25 o 30 pies.El movimiento rotatorio resultante se trasforma en uno reciprocante. otros elementos adicionales de la sarta de cabilla s podrían ser una barra (Sinker Bar). Cabillas api o convencionales Existen tres tipos de cabillas API de acuerdo al material de su fabricante C. en los casos que ameriten para obtener la profundidad de asentamiento de la bomba. sirve de guía a la sarta de cabilla que acciona la bomba. 2. aunque existen cabillas de fibra de vidrio y las continuas. Equipo de subsuelo: 1. generalmente son fabricadas en acero y por lo tanto. a través de la manivela. eliminar los esfuerzos durante la acción de bombeo. estos balancines pueden clasificarse de acuerdo a su geometría y contrapeso de las unidades en: Convencional Es la unidad más conocida y popular de todos los campos petroleros. Bomba de subsuelo Es el primer elemento que se debe considerar al diseñar una instalación de bombeo mecánico para un pozo. es un diseño que parte del modelo convencional. fácil operación y mantenimiento. continuas. . El movimiento rotatorio del motor es trasmitido por medios de correas. el mantenimiento del cilindro de aire. operan con movimientos armónicos simples que realiza una viga viajera activada por la caja de engranajes. lo hacen ser la unidad más costosa en cuanto a operaciones. ya que del tipo. Balanceada por aire Se caracteriza por utilizar un cilindro con aire comprimido en lugar de usar pesas de hierro. Es una bomba de desplazamiento positivo. conectada a un motor por medios de correas. Este movimiento más lento es comunicado a la viga viajera mediante conexión biela /manivela y convertidor alternativo vertical que se refleja en la barra pulida. pistón compresor y controles de neumáticos.8 veces mayor que las cabillas de acero para la igual carga y diámetro. Electra. su costo por trasporte e instalación es más económica que las convencionales por lo cual puede ser usada costa afuera o cuando es necesario mover con frecuencia la unidad. fibra de vidrio dentro de las cuales las más usadas son las cabillas continuas. Su estructura y requiere mayor contra-balance. ellas son. aunque es más costoso manufactura. tamaño y ubicación de la bomba depende el resto de los componentes. su elongación es 3. sin embargo los más destacados son: Balancines tipo API Son diseñados basados en especificaciones API.Son aquellas cabillas que no cumplen con las normas API. Unitorque La unidad unitorque (Mark II). por ventajas económicas. a la caja de trasmisión la cual reduce la velocidad a través de un sistema de engranajes. Tipos de unidades de bombeo mecánico Existen diferentes tipos de unidades de bombeo mecánico. pero son más resistentes a cargas que las convencionales. El balanceo de esta unidad se hace en la manivela y su requerimiento adicional es para contrarrestar el balance estructural originado por su geometría de fabricación. se caracteriza por ser capaz de soportar más fluido sin necesidad de sobre cargar el equipo. costos y fallas de varillas Puede ser monitoreado remotamente Desventajas Es problemático en pozos con alta desviación No puede ser usado en pozos off-shore No puede funcionar con excesiva producción de arena La eficiencia volumétrica cae drásticamente cuando se tiene gas libre El flujo de producción cae con la profundidad comparado con los otros sistemas de levantamiento artificial Es obstrusivo en áreas urbanas .Ventajas y desventajas del sistema de bombeo mecánico Ventajas: De mantenimiento y operación fácil Se puede cambiar fácilmente de flujo de producción por cambio en la velocidad de bombeo Puede bombear el pozo a una muy baja presión de entrada para obtener la máxima producción Usualmente es la forma más eficiente de levantamiento artificial Fácil intercambio de unidades de superficie Se puede usar gas como movedores primarios si la electricidad no está disponible Se puede usar la bomba con el control apagado para minimizar la carga del fluido. periódicamente inyectar un determinado volumen de gas por medio de un regulador. de diámetro común y hasta 80000 bl/día produciendo por T. En este sistema se utiliza gas a una presión relativamente alta (250 lb/pg2 como mínima) para poder aligerar la columna de fluido y de este modo permitir al pozo fluir hacia la superficie.20000 bl/día a través de sartas de T. En el B. Lo anterior se logra mediante una válvula de flujo. De este modo se pueden tener gastos entre 200 . Después de que la válvula cierra.Bombeo neumático (gas lift) El bombeo neumático es un sistema artificial de producción utilizado en los pozos petroleros para poder levantar los fluidos a la superficie. El gas inyectado origina que la presión que ejerce la carga del fluido sobre la formación disminuya debido a la reducción dela densidad de dicho fluido y por otro lado la expansión del gas inyectado con el consecuente desplazamiento del fluido. De igual manera.N. el gas de inyección pasará del espacio anular a la T. a través de la cual. dependiendo del gasto de producción deseado...P. es decir. dicho ciclo es regulado para que coincida con el gasto de llenado del fluido de formación al pozo. en este sistema se emplea una válvula insertada en la T. un interruptor o ambos.N. en forma de bache.P.R. .N. aún más se pueden tener gastos tan bajos como 25 bl/día a través de tubería de diámetro reducido (del tipo macarroni). Cuando la válvula superficial de B. Existen dos tipos de bombeo neumático: Bombeo Neumático Continuo Bombeo Neumático Intermitente.P.P. El sistema de B. la formación continua aportando fluido al pozo. en forma cíclica. para levantar los fluidos a la superficie y un controlador superficial cíclico de tiempo en la superficie.P. la cual permite un posible punto de inyección profundo de presión disponible y una válvula para regular el gas inyectado desde la superficie.. expulsa hacia la superficie al fluido de la formación que se acumuló dentro de la T. pueden utilizarse puntos múltiples de inyección del gas a través de más de una válvula subsuperficial. Bombeo Neumático Continuo. En este método consiste en inyectar un volumen de gas a alta presión por el espacio anular hacia la T. ≥ Bombeo Neumático Intermitente. En este método un volumen continuo de gas a alta presión es inyectado dentro de la tubería de producción para aligerar la columna de fluidos hasta obtener una diferencial de presión suficiente a través de la cara de la formación y de este modo permitir fluir al pozo a un gasto deseado. hasta alcanzar un determinado volumen de aceite con el que se inicie otro ciclo.I.5 bl/día/Ib/pg2) y presión de fondo relativamente alta (columna hidrostática 50% de la profundidad del pozo) así como utilizando diversos diámetros de T.P. continuo es factible de aplicarse en pozos de alto índice de productividad (>0. abre.I. Instalaciones cerradas: la instalación es similar a la semicerrada. Sistema de distribución de gas: La red de distribución. las válvulas de bloqueo mediante las cuales se controla el contraflujo que se pueda generar. el cual puede provenir de los pozos. los cuales se clasifican dependiendo de sí el pozo se encuentra equipado o no. generalmente en el fondo del pozo. la cual puede ser del tipo ramificado o poseer un múltiple de distribución. El equipo de superficie se encuentra constituido por la planta compresora. Equipos de superficie. Puede ser Centrífuga (turbina) o Reciprocante (motocompresor). con empacadura y/o válvula fija. a través del cual se miden las presiones de inyección y producción. Instalaciones abiertas: en este tipo de instalación la sarta de tubería está suspendida dentro del pozo sin empacadura. lo comprime a su capacidad. Planta compresora: Es donde se realiza el proceso de comprimir el gas de baja a alta presión. lo envía como gas de alta presión a la red de distribución y. Recibe el gas de baja. el estrangulador ajustable. El equipo utilizado para la medición y el control está conformado por el registrador de dos plumas. Cuando en un campo existen varios pozos que producen por este método.Tipos de instalaciones para un sistema de levantamiento artificial por gas Existen diferentes tipos de instalaciones para este método. es la encargada de transportar el gas y distribuirlo a cada pozo. la placa orificio donde se regula y controla el gas de inyección. La mayoría de los sistemas de levantamiento artificial por inyección de gas están diseñados para recircular el gas de levantamiento. . La presión y el volumen de gas que llega al pozo dependerá de la presión y el volumen disponibles en la planta compresora. menos la pérdida que se origina en el sistema de distribución. excepto que se coloca una válvula fija en la sarta de producción. de allí. Este es el tipo ideal para flujo intermitente. Instalaciones semicerradas: es similar a la abierta con la diferencia de que se instala una empacadura que sella la comunicación entre la tubería de producción y el espacio anular. se deben considerar que forman parte de un sistema de superficie y subsuelo del cual es imprescindible conocer su función y los elementos que lo conforman. Componentes del equipo utilizado para el levantamiento artificial por gas. a cada pozo. el sistema de distribución del gas de alta presión y el sistema de recolección de fluidos. reguladores de presión. que es enviada a la planta compresora.líquido y con producción de arena Se pueden producir varios pozos desde una sola planta o plataforma El equipo del subsuelo es sencillo y de bajo costo Bajo costo de operación Desventajas del método de levantamiento artificial por gas: Se requiere una fuente de gas de alta presión No es recomendable en instalaciones con revestidores muy viejos y líneas de flujo muy largas y de pequeño diámetro El gas de inyección debe ser tratado .Sistema de recolección de fluidos: Está formado por las líneas de flujo. parte integrada de ella. donde se separan la fase líquida.5 bl/día/lb/pg2) con bajas presiones de fondo Ventajas y desventajas Ventajas del método de levantamiento artificial por gas: Gran flexibilidad para producir con diferentes tasas Puede ser utilizado en pozos desviados usando mandriles especiales Ideal para pozos de alta relación gas . en este tipo de levantamiento. Este sistema se recomienda para pozos con las características siguientes: a) Alto índice de productividad (> 0. son los mandriles y las válvulas de inyección. b) Bajo índice de productividad ( < 0. Mandriles: Son tuberías con diseños especiales. encargadas de transportar el fluido hacía el separador. la cual es transportada a los tanques. Válvulas La válvula de Levantamiento Artificial por Gas son básicamente. La cantidad o número de mandriles y válvulas requeridas dependerá fuertemente de la presión de inyección disponible. En sus extremos poseen roscas para conectarse a la sarta de producción formando. Los componentes del equipo de subsuelo. Sirven de receptáculo para instalar la válvula de levantamiento o inyección a la profundidad que se necesite.5 bl/día/lb/pg2) y bajas presiones de fondo (columna hidrostática ≤ 30% profundidad del pozo). Equipo de subsuelo. Deben ser diseñadas para operar en condiciones de fondo y ser capaces de inyectar el gas a la presión y volumen requeridos. de este modo. y la fase gaseosa. 000 pies .- No es aplicable en pozos de crudo viscoso y/o parafinoso Su diseño es laborioso Aplicable a pozos de hasta + 10. . y controlador de velocidad variable. válvula de contrapresión. cable superficial. se incluyen todos los accesorios necesarios para asegurar una buena operación. Además. bomba electro-centrífuga y cable conductor.Métodos de levantamiento artificial no convencionales Bombeo electro-sumergible (BES) El bombeo electro-sumergible es un sistema de levantamiento artificial aplicado para desplazar volúmenes de crudo con una alta eficiencia y economía. estas son accionadas por motores eléctricos. El BES tiene un rango de capacidades que va desde 200 a 9000 BPD. Una unidad típica de BES está constituida en el fondo del pozo por los componentes: motor eléctrico. flejes para cable. extensión de la mufa. centradores. el rango de eficiencia está entre 18 – 68% y puede ser usado en pozos tanto verticales como desviados o inclinados. trabaja a profundidades entre los 12000 y 15000 pies. en yacimientos potencial mente rentables (o en su defecto con grandes prospectivas) y en pozos profundos. Este método es aplicado generalmente cuando se presentan los siguientes casos: Alto índice de productividad Baja presión de fondo Alta relación agua-petróleo Baja relación gas-liquido El BES se basa en la utilización de bombas centrífugas (de múltiples etapas) de subsuelo ubicadas en el fondo del pozo. protector. válvula de drene. Tablero de control y transformador. sensor de presión y temperatura de fondo. caja de unión. con el objeto de manejar altas tasas de flujo. sección de entrada. como son: separador de gas. dispositivos electrónicos para control del motor. Las partes superficiales son: cabezal. Tiene dispositivos de protección contra caídas y subidas de amperaje. lo cual no es posible si no se dispone de variador. El transformador típico recomendado para este tipo de sistema necesita convertir la tensión de 24. evitando que llegue al tablero de control y se origine una explosión. . comunicados a través del cable de potencia. La frecuencia puede ser controlada desde la superficie. El variador de frecuencia: Es un tablero de control que contiene dispositivos capaces de suministrar frecuencias y voltajes variables al motor. Equipo del sistema de bombeo electro-sumergible. Existen diferentes tipos de cabezal. Para efectos de diseños. puesto que la velocidad es directamente proporcional a la frecuencia. Equipo de superficie: Transformadores: Son unidades sumergidas en aceite con auto enfriamiento. o sea que al variar esta se estará modificando la velocidad del motor. debido a que cada uno lleva a cabo una función esencial en el sistema para obtener las condiciones de operación deseadas que permitan impulsar a la superficie los hidrocarburos. También facilita a una bomba sumergible a producir un amplio rango de volúmenes. debido a los diferentes voltajes. la capacidad de la carga se expresa en kilovatios – amperios (KVA). está diseñado para facilitar el paso del cable y sellar alrededor de éste. Son diseñados para transformar el voltaje primario de la línea eléctrica al voltaje requerido por el motor correspondiente.000 a aproximadamente 480 voltios. a las condiciones en las cuales funcionan y la amplia flexibilidad de los mismos. Se fabrica en relación con la potencia requerida por el motor y su voltaje. Cabezal: Sustenta todo el equipo de fondo acoplado a la tubería de producción y a la vez. permite conectar el cable suplidor de energía del equipo de superficie con el cable de conexión al motor y ayuda a ventear a la atmósfera cualquier cantidad de gas que fluye a la superficie a través del cable. El equipo que integra el sistema de bombeo electro-sumergible está constituido por un equipo de superficie y uno de subsuelo. Tablero de control: Es el equipo que protege y controla el funcionamiento y ensamblaje de fondo.La integración de los componentes mencionados anteriormente es indispensable. dependiendo de las condiciones del pozo. Caja de empalme: También llamada caja de conexiones o venteo. ubicados en los estatores y recubierto por una carcasa de acero. como son: tipo laberinto. la reducción de efectos. que los fabricantes manufacturan según el diámetro del revestidor del pozo. Formados por 20 rotores acoplados al eje. las fluctuaciones de carga del motor y las pérdidas en la presión de levantamiento. Su escogencia va depender de las características del pozo y el fluido. convirtiéndose en señales de presión de fondo a la profundidad de operación de la bomba. . el cual imparte energía cinética al fluido que pasa a través de la bomba a una continua aceleración. compuesta de etapas múltiples. Se encuentran lleno de un aceite mineral altamente refinado. que ayuda a lubricar los cojinetes del motor y transfiere el calor generado de el a su carcasa. Entre ellos se destacan: tipo compresión. Los fabricantes ofrecen una gran disponibilidad de motores adaptados al diámetro de la tubería de revestimiento. de inducción. De acuerdo con la forma de los pasajes de la bomba. trifásicos. Está constituido por circuitos que permiten enviar señales a la superficie a través del cable de voltaje primario de alimentación al motor. tales como la cavitación de la bomba. Separador de Gas. Existen dos tipos básicos de entrada: Entrada Estándar. Existen diferentes clases de protectores. de alta resistencia dieléctrica. las cuales son registradas mediante un instrumento instalado en el panel de superficie. Existe una gran variedad de tipos de bomba. ésta se clasifica como de flujo radial o mixto. Motor: Es la fuente de potencia que genera el movimiento a la bomba para mantener la producción de fluidos. Se encarga de mantener los fluidos del pozo fuera del motor. Es un equipo con algunas partes especiales diseñadas para desviar el gas libre y evitar que ingrese a la bomba. jaula de ardilla. se utiliza en pozos. y un difusor estacionario que cambia esta energía cinética en potencial.Equipo de subsuelo: Sensor de presión: Es un equipo que se coloca acoplado a la parte final del motor. flotante y flotante bajo. Protector: Se encuentra ubicado entre el motor y la bomba y facilita la conexión de estos elementos. Este tipo de entrada no separa el gas libre. concediéndole a ésta una mayor eficiencia y también. tipo bolsa y tipo modular. Sección de entrada: Se encuentra entre el protector y la bomba. La configuración y el diámetro del impulsor de la bomba determinan la cantidad de energía que se trasmite al fluido. Los motores usados son de tipos dipolares. Bomba centrífuga: Es el corazón del sistema BES. Cada una de éstas consta de un impulsador rotativo. La cual permite el ingreso del fluido directamente a la bomba. Soporte de Tuberías: se utiliza para prensar el cable que viene de la conexión del motor al conjunto protector – bombas y las tuberías de producción. Parámetros a controlar en el BES o o o o Verificación del nivel de fluido Verificación de la instalación Presión de cabezal y fondo Seguridad y optimización Ventajas y desventajas Ventajas: Los costos de levantamiento para grandes volúmenes son bajos Es usado en pozos verticales y desviados Pueden manejar tasas de producción alrededor de 200 – 90000 BPD Bajo mantenimiento El uso de sensores facilita el monitoreo de presiones y temperaturas Puede ser manejado en pozos con grandes cortes de agua y baja relación gas-liquido Alta resistencia en ambientes corrosivos dentro del hoyo . Centralizadores: como su nombre lo indica. También evita que el cable se dañe por el roce de la tubería de revestimiento. por ser esta conexión de mayor diámetro externo en todo el equipo. Válvula de Drenaje: se instala un tubo por la válvula de retención y se utiliza como factor de seguridad para circular el pozo desde el revestidor a la tubería o viceversa. las presiones y las impregnaciones de los fluidos del pozo. está constituido de tal forma que puede resistir temperaturas. por su función y costo.Cable de potencia: Es uno de los componentes principales del sistema electro sumergible. Estos flejes metálicos se colocan uno por cada 15 pies y el tamaño depende de la tubería de producción. Su función es disminuir la presión hidrostática sobre los componentes de la bomba. Los fabricantes manufacturan cables especiales para altas temperaturas. Guarda Cable: se impulsan para proteger el cable de la conexión al motor. su uso es centrar el motor y la bomba en pozos ligeramente desviados. Entre estos tenemos: Válvula de Retención: por ella se conecta 2 ó 3 tubos por encima de la bomba. Equipo misceláneo: Está constituido por los equipos utilizados durante la instalación del sistema electro sumergible y que facilitan su operación. del roce con el revestidor. o cable plano. El cable trifásico. El conductor es de cobre de uno o más hilos de fases. Desventajas La corriente eléctrica es imprescindible. posibles problemas operacionales y a los altos requerimientos de alta potencia en superficie No funciona cuando hay presencia de gas libre. se requiere de altos voltajes Los cables se deterioran al estar expuestos a altas temperaturas Los cables dificultan el recorrido de la tubería de producción No es recomendable cuando hay alta producción de solidos No es funcional a altas profundidades debido al costo del cable. ya que impide el levantamiento Las bombas están afectadas por: temperatura de fondo y producción de arena . La bomba de cavidad progresiva o tornillo. Sin embargo el bombeo de cavidades progresivas está recién en la infancia si las comparamos con los otros métodos de extracción artificial como las bombas electro sumergible o el bombeo mecánico. Hoy en día el bombeo por cavidades progresivas es destacado como sistemas de levantamiento artificial. . es un equipo utilizado para el levantamiento artificial de crudo desde el subsuelo hasta la superficie. ocasionado por una diferencia de presión producto de la transformación de la energía cinética en potencial cuando se combina el movimiento longitudinal a lo largo del mismo.Bombeo por cavidades progresivas (PCP) Este método consiste en el desplazamiento positivo de un volumen. en recuperación de petróleos pesados. En los últimos años las BCP han experimentado un incremento gradual como un método de extracción artificial común. . En la configuración de bombas insertables el estator se baja al fondo del pozo conjuntamente con el resto del sistema de subsuelo. minimizando el tiempo de intervención y. primero se baja la tubería de producción se la ancla con un packers luego de la fijación se baja el estator y rotor que son instalados de forma separada. el costo asociado ha dicho trabajo. mientras que la instalación insertable es el que lo ha suplantado. Los acoples superior e inferior de esta extensión sirven de guía y soporte para la instalación de este sistema. las varillas son las que proporcionan el movimiento giratorio. Este tipo de instalación hoy en día ya no es tan usada por el tiempo que consume. En otras palabras. en este tipo de instalación se demora y consume más tiempo y en consecuencia mayor inversión. La bomba es la misma que en la configuración convencional con la diferencia de que viene adaptada a un sistema de acople que permite obtener un equipo totalmente ensamblado como una sola pieza. Al rotor se le conecta una extensión de varilla la cual sirve como apoyo al momento de espaciado de la bomba.Tipos de instalación del PCP Instalación convencional: En la instalación convencional. Instalación Insertable. la bomba completa es instalada con la sarta de varillas sin necesidad de remover la columna de tubería de producción. son enroscadas al rotor generando el movimiento giratorio que el sistema exige para ponerse en marcha. en consecuencia. se debe ajustar con la torsión máxima API. Si existiera arena. correspondiente a su diámetro. En caso de haber instalado un ancla de torsión. de este modo en caso de quedar el ancla atrapada. lo que se realiza girando la columna hacia la izquierda. la columna se arma con torsión óptimo API. aún con ancla de torsión. se debe ajustar también con el máximo API. existen más posibilidades de librarla. . para prevenir el desenrosque de la tubería de producción.Componentes del PCP El sistema de bombeo por cavidades está formado por un equipo de superficie y un equipo de subsuelo Equipo de subsuelo: Tubería de producción Es una tubería de acero que comunica la bomba de subsuelo con el cabezal y la línea de flujo. Si no hay ancla de torsión. El elastómero es un material que puede ser estirado varias veces su longitud original teniendo la capacidad de recobrar rápidamente sus dimensiones una vez que la fuerza es removida. La sarta está situada desde la bomba hasta la superficie. En el estator se encuentra una barra horizontal en la parte inferior del tubo que sirve para sostener el rotor y a la vez es el punto de partida para el espaciamiento del mismo. . es una hélice doble interna y moldeado a precisión. Elastómero Es una goma en forma de espiral y está adherida a un tubo de acero el cual forma el estator. de manera. de no raspar con el tubing. Estator Usualmente está conectado a la tubería de producción. utilizándose diámetros reducidos y en consecuencia cuplas reducidas. se introduce en el pozo y de esta forma se hace parte integral del sistema de bombeo de cavidad progresiva.Sarta de varillas Es un conjunto de varillas unidas entre sí por medio de cuplas formando la mencionada sarta. Los diámetros máximos utilizados están limitados por el diámetro interior de la tubería de producción. hecho de un elastómero sintético el cual está adherido dentro de un tubo de acero. aunque sea escasa. es la única pieza que se mueve en la bomba. creando cavidades que progresan en forma ascendente. De este modo. tornada a precisión hecha de acero al cromo para darle mayor resistencia contra la abrasión. al retirar el rotor por cualquier motivo. sus extremos inferiores del rotor. Este consiste en una hélice externa con un área de sección transversal redondeada. se puede observar en qué punto estuvo trabajando dentro del estator.Rotor Suspendido y girado por las varillas. partiendo del extremo superior del rotor. este dato permite verificar en muchos casos si el espaciamiento fue bien realizado. Tiene como función principal bombear el fluido girando de modo excéntrico dentro del estator. . esta deja muchas veces marcada la hélice del rotor. En caso de presencia de arena. Estando el estator y el rotor al mismo nivel. sobresale del elastómero aproximadamente unos 460 mm a 520 mm. para permitir instalar debajo el ancla de torsión o cualquier otro elemento. tiende a doblarse y rozar contra las paredes de la última tubería de producción. Los más usuales son los de rosca doble. para que el rotor tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente. Niple De Paro Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo inferior del estator. Trozo De Maniobra Es muy importante instalar un trozo de esta medida inmediatamente por encima del rotor. con una rosca hembra en su extremo superior. al ser de menos de la mitad del largo de la varilla. Como succión de la bomba.Niple Intermedio o Niple Espaciador Su función es la de permitir el movimiento excéntrico de la cabeza del rotor con su cupla o reducción de conexión al trozo largo de maniobra o a la última varilla. Su función es: Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento. cuando el diámetro de la tubería de producción no lo permite. El trozo de maniobra. durante el espaciamiento. Cuando se instala una varilla. En este caso es imprescindible su instalación. A la vez el centro de la misma hace de tope con el rotor. . dependiendo de su diámetro. cuando gira a velocidades superiores a las 250 RPM. debido a su largo y al movimiento excéntrico del rotor que se transmite directamente a ella. Servir de pulmón al estiramiento de las varillas. en lugar de una varilla. se dobla menos o no se dobla. con la unidad funcionando. que va roscada al estator y una rosca macho de la misma medida en su extremo inferior. La combinación de ambos efectos puede producir el desprendimiento de la tubería de producción. Debe ir siempre instalada debajo del estator. Permite fijar la instalación a la profundidad deseada y realizar una prueba de hermeticidad de cañería. Niple Asiento Es una pequeña unión sustituta que se corre en la sarta de producción. . evitando en un futuro el movimiento de instalación de tubería de producción al momento de cambiar el sistema de extracción. vibraciones que son tanto mayores cuanto más profunda es la instalación de la bomba. más se ajusta el ancla.Ancla de Torsión Al girar la sarta en el sentido de las agujas del reloj. no siempre es necesaria su instalación. Mandril A Copas Permite fijar la instalación en el niple de asiento y produce la hermeticidad entre la instalación de tubería de producción y el resto del pozo. ya que en bombas de menor caudal a bajas velocidades y bajas profundidades no se tienen torques importantes y no se producen grandes vibraciones. es recomendable en todos los casos. es decir hacia el sentido de desenrosque de los caños. Es el elemento de la columna donde el esfuerzo de torsión es mayor. A esto se suman las vibraciones producidas en la columna por las ondas armónicas ocasionadas por el giro de la hélice del rotor dentro del estator. En bombas insertables el mecanismo de anclaje es mediante un mandril a copas que permite utilizar el mismo niple de asiento que una bomba mecánica. No obstante. o hacia la derecha (vista desde arriba) se realiza la acción de girar la columna también hacia la derecha. el ancla de torsión evita este problema. Cuanto más la columna tiende al desenrosque. Adicionalmente. necesarios para accionar el equipo de subsuelo. Zapato probador de hermeticidad En caso de ser instalado (altamente recomendado). Equipo de superficie Una vez obtenidos los parámetros. entregar la torsión requerida y rotar al vástago a la velocidad requerida y prevenir la fuga de fluidos en la superficie. Una vez cambiada la instalación de fondo. estos pedazos de elastómero podrán ser recuperados con equipo especial y no permanecerán en el pozo donde se corre el peligro que sean succionados nuevamente por la bomba. tanto mayor. Esto significa que deben ser capaces de suspender la sarta de varillas y soportar la carga axial del equipo de fondo. trozos de tamaño regular del mismo. no se puede utilizar. es necesario dimensionar correctamente los equipos de superficie que sean capaces de proveer la energía requerida por el sistema. La interferencia entre el rotor y el estator es suficiente sello para probar la hermeticidad. (en el caso de rotura de estator con desprendimiento de elastómero). La suma de la presión de prueba más la altura de la columna debe ser tal que no supere la altura manométrica de la bomba para evitar dañarla. Los componentes de superficie de dividen en tres sistemas que son: Cabezal de rotación Sistema de transmisión Sistema de frenado . se debe colocar siempre arriba del niple intermedio. Puede referirse al cuerpo principal de una herramienta o un eje. partes de la herramienta podrían estar conectadas. aunque siempre existe escurrimiento. Caño Filtro Se utiliza para evitar. Para algunas medidas de bomba. arregladas o encajadas adentro.El término mandril tiene muchos significados. porque el pasaje interior del mismo es inferior al diámetro del rotor impidiendo su paso en la bajada. mínimos de operación. pueden estar dentro del espacio anular. cuanto mayor sea la presión total resultante sobre la bomba. También puede ser varillas de operación en una herramienta. Para poder probar toda la cañería y además como su diámetro interno es menor que el de la tubería de producción no permite el paso de centralizadores a través de él. provisto de cuatro pernos. Sistema de transmisión Como sistema de transmisión se conoce al dispositivo utilizado para transferir la energía desde la fuente de energía primaria (motor eléctrico o de combustión interna) hasta el cabezal de rotación. La torsión se halla transferida a la sarta de varillas mediante una mesa porta grampa. un sistema de freno (mecánico o hidráulico) que puede estar integrado a la estructura del cabezal o ser un dispositivo externo. Además. correas flexibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos. Consiste en un sistema de rodamientos o cojinetes que soportan la carga axial del sistema.Cabezal de rotación Este es un equipo de accionamiento mecánico instalado en la superficie directamente sobre la cabeza de pozo. Para la transmisión de torsión de una máquina motriz a una máquina conducida. La barra se puede levantar a través del cabezal a fin de sacar el rotor del estator y lavar la bomba por circulación inversa. existen al menos tres métodos muy utilizados: Transmisión con engranajes. El movimiento del mismo dentro del eje hueco permite el ajuste vertical de la sarta de varillas de succión (a semejanza del sistema buje de impulso/vástago de perforación). Un ensamblaje de instalación que incluye el sistema de empaque para evitar la filtración de fluidos a través de las conexiones de superficie. algunos cabezales incluyen un sistema de caja reductora accionado por engranajes mecánicos o poleas y correas. . El pesó de la sarta de varillas se halla suspendido a una grampa. pudiendo ocasionar esta situación daños severos al operador. se puede alcanzar velocidades de rotación muy altas. Sistema de freno La segunda función importante del cabezal es la de frenado que requiere el sistema. como correas y poleas. En la mayoría de las aplicaciones donde es necesario operar sistemas a velocidades menores a 150 RPM. Cuando un sistema BCP esta en operación. Desventajas Su profundidad de operaciones recomendada es de 4000pies. El equipo de superficie puede ser transportado. Esto se hace con el fin de no forzar al motor a trabajar a muy bajas RPM. relación de transmisión. En la comunidad presenta mejor estética. posición de los ejes. . es usual utilizar cabezales con caja reductora interna (de engranaje) con un sistema alternativo de transmisión. a esta rotación inversa se le suma la producida debido a la igualación de niveles de fluido en la tubería de producción y el espacio anular. Adicionalmente. desenrosque de la sarta de varillas y hasta la rotura violenta de la polea el cabezal. Durante ese proceso de marcha inversa. la sarta de varillas de bombeo libera esa energía girando en forma inversa para liberar torsión. una cantidad significativa de energía se acumula en forma de torsión sobre las varillas. Bajos costos de mantenimiento. Si el sistema se para repentinamente. Ventajas y desventajas Ventajas Bajo costo de instalación. instalado y removido fácilmente. las altas velocidades pueden causar severos daños al equipo de superficie. en el momento de la parada. distancia entre ejes y costo. se seleccionará el método a utilizar. Bajo consumo de energía eléctrica. lo que traería como resultado la falla del mismo a corto plazo debido a la insuficiente disipación de calor. Bombea crudo de alta y baja gravedad API. Aumenta la vida útil de las cabillas. Al perder el control de la marcha inversa. Opera con bajo torque. sincrónica. Puede manejar hasta 100% de agua.Dependiendo de la potencia. El material elastómero es afectado por crudos con aromáticos. La tasa máxima manejada es de500 Bpd. Su eficiencia disminuye drásticamente en pozos con altas RGL. No se recomienda en pozos de mas de 180*f. Requiere suministro de energía eléctrica. . Los sistemas de fluidos de potencia se dividen en dos tipos: Sistema de fluido cerrado. el fluido motor recibe la energía suministrada por las bombas en la superficie. Sistema de fluido abierto.Bombeo hidráulico Es el método poco utilizado en Venezuela. En este tipo de sistema. COMPONENTES DEL EQUIPO Los componentes que conforman el sistema de Levantamiento por Bombeo Hidráulico pueden ser clasificados en dos grandes grupos: Equipo de superficie Equipo de subsuelo Los equipos de superficie y subsuelo están integrados por componentes EQUIPOS DE SUPERFICIE: SISTEMA DE FLUIDO DE POTENCIA En los sistemas de bombeo hidráulico. Su potencia es transmitida mediante un fluido presurizado que es inyectado a través de la tubería. Este fluido transmite la potencia a la bomba de subsuelo y. Los fluidos de potencia mas utilizados son agua y crudos livianos que pueden provenir del mismo pozo. debido a su característica especial de alcanzar aproximadamente 1800 pies de profundidad. . Este fluido es conocido como fluido de potencia o fluido de motor y es usado por una bomba de subsuelo que actúa como un transformador para convertir la energía de dicho fluido a energía potencial o de presión. luego. el fluido motor no se mezcla con los fluidos producidos por el yacimiento. el fluido motor se mezcla con los fluidos producidos por el yacimiento. Se considera una técnica que se usa durante un corto tiempo. retorna a la superficie con el fluido producido por el yacimiento. En este tipo de sistema. lo cual hace necesario el uso de dos tuberías en el fondo: una para inyectar el fluido de potencia y otra para el retorno de la mezcla.BOMBA DE SUPERFICIE Las bombas utilizadas en este tipo de levantamiento para bombear el fluido motor pueden ser triples o múltiples. SISTEMA DE FLUIDO ABIERTO (FMA) En el sistema abierto. una de retorno del mismo y otra del fluido de producción. Se denomina de acción simple porque desplaza el fluido hasta la superficie. Usualmente. SISTEMA DE FLUIDO CERRADO (FMA) En este caso. Una bomba de acción simple sigue prácticas de diseño similares a las de una bomba de cabillas. Las bombas múltiples mas comúnmente instaladas en el campo son las de configuración horizontal. Bombas múltiples: tienen un terminal de potencia y una de fluido. válvula tipo bola. el fluido motor se mezcla con el fluido del pozo. a la vez. camisa de metal a metal. La bomba puede ser de simple acción o de doble acción. lo cual hace necesario el uso de tres tuberías en el fondo del pozo: una para inyectar el fluido de potencia. El transporte del fluido motor y del fluido producido se realiza a través de un sistema de tuberías que depende del tipo de sistemas de fluido o de potencia: bien sea de fluido cerrado o de fluido abierto. cada uno con válvulas de retención y descarga. Las bombas hidráulicas utilizan un pistón accionado por cabillas y dos o mas válvulas de retención. estas válvulas están provistas de resorte. la biela y los engranajes El terminal de fluido esta formado por pistones individuales. lubrica todas las partes móviles de la misma. en el recorrido ascendente o en el descendente (no en ambos). el fluido motor transmite la potencia a la bomba de subsuelo y. El terminal de potencia comprende. entre otras partes: el cigüeñal. el fluido motor no se mezcla con el pozo. EQUIPOS DE SUBSUELO: SISTEMA DE FLUIDO MOTOR En los sistemas de bombeo hidráulico. . Las que se emplean generalmente. BOMBAS HIDRÁULICAS Las bombas hidráulicas de subsuelo constituyen el principal componente del sistema en el fondo del pozo. El principio de operación de estas bombas es similar al de las bombas de cabillas. Bombas triples: estas bombas usan: émbolo. son las triples. la válvula se desplazara a su posición superior y se repetirá el ciclo. FUNCIONAMIENTO: Cuando el pistón del motor llega al final de la carrera descendente. Es un equipo hidrodinámico y opera. En cambio. . Por esta razón esta bomba desplaza el fluido hasta la superficie en ambos recorridos. con la acción combinada de apertura y cierre de las válvulas de succión y de descarga del pistón. por lo cual necesita mayor potencia. se desplazara hacia arriba. El fluido de potencia de alta presión pasa a través de la boquilla. pero requiere mayores presiones a su entrada que las bombas convencionales. el diámetro reducido en la parte superior del vástago de válvula permite la entrada del fluido a alta presión. el diámetro reducido del extremo inferior del vástago de válvula conecta el área debajo de la válvula a la descarga. ascendente y descendente. debajo de la válvula del motor. Debido a que la válvula tiene mayor área en la parte inferior que en la superior. comenzando la carrera ascendente de la bomba. BOMBA TIPO CHORRO (JET) Esta clase de equipo no tiene partes móviles. para evitar la cavitacion. lo que la hace resistente a los fluidos corrosivos y abrasivos. Cuando la válvula de motor esta en la posición superior. Con la alta presión por encima de la válvula y solamente la presión de descarga abajo. Bombeo por cabilla e hidráulico: En una instalación de bombeo por cabillas la unidad de superficie y la bomba de subsuelo se unen por medio de la sarta de cabillas. de manera alternativa. la cabilla se encuentra en el interior de la bomba. a través de la transferencia de momento entre dos corrientes de fluido adyacentes. para dar igual fuerza en el recorrido ascendente y descendente.Bomba de doble acción: La bomba de doble acción tiene válvulas de succión y de descarga en ambos lados del pistón. Las bombas de cuatro vías se usan en el motor para cambiar la alta presión del fluido de potencia a baja presión y descarga en ambos lados del pistón del motor. Cuando el pistón del motor llega al final de la carrera ascendente. Además. Su eficiencia es menor que la de los equipos de desplazamiento positivo. en una unidad de bombeo hidráulico. s adapta a todos los ensamblajes de fondo del bombeo hidráulico tiene alta capacidad y puede manejar el gas libre del pozo. las trayectorias del flujo hacia el pistón se invierten. donde la energía potencial del fluido (energía de presión) se transforma en energía cinética. principalmente. Estas válvulas del motor se utilizan con bombas de doble acción. como consecuencia de la fuerza resultante al actuar una misma presión sobre zonas distintas y en direcciones opuestas. No es recomendable en pozos de alto RGP. que convierte la energía cinética remanecente en presiones estáticas suficiente para levantar los fluidos hasta la superficie.18000 pies ). direccionales y sitios inaccesibles. . No requieren taladro para remover el equipo de subsuelo. El diseño es complejo. mientras que la relación de sus áreas de flujo establece la relación entre el cabezal producido y la tasa de flujo. Problemas de corrosión. Varios pozos pueden ser controlados y operados desde una instalación central de control. por la presencia de altas presiones. Altos costos en la reparación del equipo. hace que se transfiera cierta cantidad de movimiento al fluido del pozo. Los tamaños físicos de la boquilla y el conducto de mezcla determinan las tasas de flujo. La mezcla del fluido del pozo con el fluido de potencia. Puede ser utilizado en pozos desviados. Puede manejar bajas concentraciones de arena Desventajas Costo inicial alto Las instalaciones de superficie presentan mayor riesgo. Los fluidos son conducidos a un difusor de área expandida. Ventajas y desventajas Ventajas o o o o o Pueden ser usados en pozos profundos (+/. en un área constante del conducto o tubo de mezcla.Esto hace que el chorro de fluido adquiera altas velocidades. Plunger lift El sistema Plunger lift es usado en pozos de gas natural. Estos .
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