15PRODUCCION PETROLERAII COMANDO DE INSTITUTOS MILITARESEscuela
Militar deIngeniera Mcal. Antonio Jos de SucreBOLIVIATEMA:PLUNGER
LIFT1. INTRODUCCINLa implementacin de un sistema artificial en los
campos petroleros, a ido incrementandocon el paso del tiempo en
nuestro pas ! en el mundo, este tipo de sistema se aplica con
lafinalidad de mantener ! optimi"ar la produccin en los campos #ue
an llegado a su atapade madure".La com$inacin de un sistema de
$om$eo neum%tico intermitente con eluso de
pistn&ia'erosindudaasidouna$uenaalternati&aparalarecuperacindepetrleo!gasalrededor
del mundo.En los po"os maduros de gas, la acumulacin de fluidos en
el po"o puede impedir ! enocasiones detener la produccin de gas. El
flu'o de gas se mantiene mediante laeliminacin de l#uidos
acumulados a tra&s del uso de una $om$a o con tratamientos
derecuperacin, tales como limpie"a, en'a$onando o &entilando a
la presin atmosfrica.La instalacinde un sistema de $om$eo neum%tico
es una alternati&a renta$le paralaeliminacin de l#uidos. Los
sistemas de $om$eo de ele&acin tienen el $eneficio adicionalde
aumentar la produccin, as como reducir significati&amente las
emisiones de metanoasociadas a las operaciones de purga. (a! slo
unos pocos estudios so$re po"os operando con )om$eo *eum%tico
Intermitentecon +istn ,ia'ero. -ue en ./0123 se lle& a ca$o una
in&estigacin sistem%ticae4perimental de $om$eo neum%tico
intermitente con ! sin em$olo. -ue conclu! #ue
elusodeunm$olodeele&acinaumentalaeficiencia!reduceel
l#uidodereser&a.5am$in encontr #ue un m$olo con un agu'ero a
tra&s de la "ona centro tiene un efectom%s positi&o en la
eficiencia de la ele&acin.(ern%nde" et al. ./0063 desarrollaron
el marco para com$inar los datos de la$oratorio !
decampoparapro$ar!a'ustarlosmodelostericossencillosnecesariosparaanali"arell#uido
de reser&a en el $om$eo neum%tico intermitente con m$olos. En
su estudio, losautores reconocen la relacin entre la &elocidad
de ascenso delm$olo ! ell#uido deretroceso.7acn et al. ./0023
presentan un modelo mecanicista ! un mtodo numrico para predecir!
optimi"arlas instalaciones del $om$eo neum%tico intermitente
asistido por un m$olo. Elalcance de su tra$a'o fue anali"ar las
interacciones entre las diferentes fases .acumulacinde fluidos del
!acimiento en el po"o, aumento de la presin en el espacio anular,
m$olo8li#uidoaumentodelapega,
laproduccindel#uidoenlalneadeflu'o3enel ciclocompleto de produccin.
+ara modelar las interacciones, se consideran par%metrosimportantes
como la presin del!acimiento, elgasto, la tu$era ! las
caractersticas delnea de flu'o, presin de in!eccin disponi$le, la
in!eccin en superficie del estranguladorde dise9o, el dise9o !
rendimiento de las &%l&ulasdel $om$eo
neum%tico.CONSTRUIRPARAINTEGRAR,
LOIMPOSIBLEREALIZARING.PETROLERA15PRODUCCION PETROLERAII Los
resultados o$tenidos de este estudio #ue se reali" en una fase
posterior del pro!ectose informaron en una pu$licacin posterior
.7acn et al., /00:3.2. OBJETIVOS2.1 OBJETIVO GENERALEl +lunger Lift
.)om$eo neum%tico3 se a con&ertido en una alternati&a de
le&antamientoartificial ampliamente aceptada ! econmica, so$re
todo en alta ; po"os ratio .n sistema +lunger Lift .$om$eo
neum%tico3 es un mtodo de le&antamiento artificial
delicuefaccin de un po"o de gas natural. >n m$olo se utili"a
para eliminar loscontaminantes de los po"os productores de gas
natural, como el agua .en , nie$la, o seforma ielo l#uido3 , arena
, aceite ! cera.3. MARCO TEORICO DE PLUNGER LIFT.3.1 PRINCIPIO DE
OPERACINEl sistema +lunger Lift es una forma de le&antamiento
artificial $asado en un mtodo decierre ! apertura del po"o en
superficie con el fin de utili"ar la energa del !acimiento
paraproducir los l#uidos acumulados en el po"o mediante un plunger
o pistn #ue act?a comounainterfacesolidaentreel ni&el
del#uido!gasdele&antamiento. El pistnesunarestriccin #ue
permite el paso de gas alrededor de este por efecto del slip
alcan"ando&elocidades superiores a la &elocidad crtica del
l#uido con el fin de minimi"ar el l#uido#ue se regresa alrededor
del plunger.El ciclocomien"aconunperiododecierreconel
findepermitir#ueelpo"oacumulesuficiente presin en el espacio anular
es as como una de las &%l&ulas de control laterales#ue
controla el pa"o de fluido a los tan#ues de almacenamiento se
cierra mediante unmotor para detener el flu'o a tra&s de la
tu$era de produccin. La ca'a del $umper ! el catcer en el ca$e"al
del po"o alo'an el plunger #ue cae li$remente de$ido al efecto de
lagra&edad a tra&s del tu$ing. >na &%l&ula
a$ierta en elplunger permite elpaso de fluido a tra&s de
lmientras caeastallegaral fondodel po"o. 7uandoestosucedeel
plungeracecontactoconunapie"a en el fondo .)umper Spring3 #ue
cierra la &%l&ula, esto genera #ue la presin en elfondo del
po"o aumente progresi&amente ! permite #ue se acumule agua !
aceite encimadel plunger.@espus de #ue se genera la restauracin de
la presin asta determinado &alor la
&%l&ulaensuperficiesea$re.
Latransferenciar%pidadegasdesdeel casingacialatu$eraadem%s del gas
pro&eniente de la formacin, genera una alta &elocidad
instant%nea #uegenera una cada de presin a tra&s del pistn ! el
l#uido. El diferencial de presin #ue se genera a tra&s de la
&%l&ula del plunger lift ace #ue este&ia'e asta la
superficie a una &elocidad desde :AA asta /AAA pies por
minutodependiendo de la forma en la cual este configurado el cocBe,
de la carga del fluido ! delapresinenfondo. Mientrasel plunger
sedespla"aaciaarri$apor efectodelarestauracin de la presin, el
fluido por encima del plunger es empu'ado acia lasuperficie. En
realidad con este procedimiento se est% sue&eando el po"o en
diferentes inter&alos detiempo.7uando el po"o es productor de
aceite o contiene un gas d$il la llegada delplunger
asuperficieacti&aunsensor
controladomagnticamente#uecierrainmediatamentela&%l&ula
anteriormente mencionada con el fin de conser&ar el gas
presente en la formacin! en la tu$era de produccin para utili"arlo
en el siguiente ciclo. CONSTRUIRPARAINTEGRAR,
LOIMPOSIBLEREALIZARING.PETROLERA15PRODUCCION PETROLERAII >na
&e" el plunger llega al c%tcer se detiene por un instante para
repetir nue&amente elciclo asta cuando la presin ! la
configuracin del sistema de le&antamiento lo permita.3.2
DESCRIPCIN DEL SISTEMAEl principio de funcionamiento del sistema de
)om$eo *eum%tico Intermitente con +istn,ia'ero consiste en aumentar
la presin anular mediante la in!eccin de gas en el espacioanular
entre la tu$era ! la tu$era fle4i$le, ! luego soltarlo para
le&antar el lingote l#uido !el m$olode
latu$erafle4i$le.Elrendimientodel
$om$eoneum%ticointermitenteconpistn &ia'ero depende, entre
otras cosas, del gasto de in!eccin de gas ! la presin, laterminacin
del dise9o del po"o, la cada del pistn ! las al"as de la
&elocidad.Elo$'eti&o principalde este sistema es
Implementar una metodologa para aumentar laeficiencia del sistema
de e4traccin na particularidad operati&a es #ue este tipo de
po"os se aoga durante un periodo decierre prolongado,
contrariamente a lo #ue ocurre con los po"os netamente gasferos,
endonde el aogue se produce durante el periodo de fluencia, cuando
disminu!e la &elocidaddegas, causandolaacumulacindel#uidosenel
fondo. Enlospo"osendondeseproducen !acimientos de petrleo ! gas
simult%neamente, los pro$lemas de aogue sede$en a las diferentes
presiones est%ticas de las capas. >na metodologa operati&a
para arrancar po"os aogados es producir los po"os a tra&sdel
espacio anular durante un periodo de tiempo, esto fa&orece la
produccin de las capassuperiores de gas, #ue a su &e"
disminu!en la contrapresin de las inferiores #ue de
estamaneracomien"aaaportar
nue&amenteamedida#ueseleremue&elacolumnadel#uido. Luego de
un par de das, con el po"o descargado ! produciendo por el 7asing,
eltu$ing comien"a a acumular presin de gas, de$ido a #ue funciona
como un separador. Esa cuando nue&amente se pone en
funcionamiento el +L, &ia'ado a tra&s del tu$ing.@entro de
los pro$lemas m%s comunes est%nC I =oturas en el tu$ing I +rdidas
en &%l&ula neum%tica originadas por erosin del asiento. I
*o apertura de la &%l&ula neum%tica por $a'a presin en el
gas de instrumento a causade la formacin de idratos o presencia de
l#uido.I Mal funcionamiento en los sensores de presin. I +ro$lemas
en el sensor de arri$o, imposi$ilitando el comien"o del afterfloH
de$ido a unano deteccin del pistn. I *o arri$o del pistn por
e4cesi&o desgaste del mismo. 4.3 TIPO DE
PISTONESLospistonescon&encionalesre#uierendeuntiempodecierrede6AaMAminutos,dependiendode
la profundidad, del tipo de pistn, de la lu" entreel pistn ! el
tu$ing ! dela &iscosidad del fluido. La &elocidad de
descensopromedio de este tipo de pistn es de/:A K :AA pies8min.
@entro de esta categora se encuentran, pistones con almoadillas
e4pandi$les, ranuradospara limpie"a, de fi$ra, de sello tur$ulento,
etc.+istn con&encional de almoadillas+resenta e4celentes
propiedades de sello es el denominado )eaufle4, #ue se
caracteri"apor tener un anillo de sello por de$a'o de las
almoadillas #ue reduce el pasa'e del gas.
Lasuperficiedelasalmoadillasesma!or
encomparacinconladeotrospistonesdelmismo tipo, ofreciendo un %rea
de contacto m%s grande con el di%metro interior del tu$ing.Ftra
&enta'a competiti&a es #ue las almoadillas se e4tienden m%s
en la direccin a4ial,deri&ando en una fuer"a ma!or contra las
paredes deltu$ing. Este tipo de pistn
tieneaplicacinenpo"osmarginales, endondeun+lungercon&encional
!anofunciona, odico en otras pala$ras, es el pistn #ue utili"a el
gas de le&antamiento de la forma m%seficiente.
CONSTRUIRPARAINTEGRAR, LOIMPOSIBLEREALIZARING.PETROLERA15PRODUCCION
PETROLERAII Se a utili"ado e4itosamente en po"os con un caudal de
gas inferior a :AAA m68d con unpromedio de JA &ia'es por
da.+istn de fi$ra Se utili"a en po"os con pro$lemas de arena, al no
tener pie"as m&iles se alarga la &ida?til ! see&ita la
a$rasin del pistn de$ido a #ue el sello no es metal;metal
sinometal;fi$ra.
Ftrocampodeaplicacinimportanteesenpo"os#ueposeendefectosensudi%metro
interno, este tipo de pistn se adapta a la forma interna del tu$ing
sin perdercapacidad de sello. ;Los pistones con $! pass de Dlu'o
7ontinuo =epresentanuncasointermedioentreel +L 7on&encional !el
+acemaBer,me'orandonota$lemente la &elocidad de cada en el
l#uido .desde :AA ft8min a /2AA ft8min3 ! con lacapacidad
adicionalde caer a contraflu'o de una produccin de gas inferior a
los :AAAm68d. Esto conduce a un menor tiempo de cierre para
permitir #ue el pistn caiga ! porende a una ma!or frecuencia de
&ia'es diarios. El pistn es ueco ! tiene una 'aula con$ola de
retencin ! $!pass. El comportamientodelos
pistonesenlacarreradescendente, principalmentese&eafectado por
la &elocidad del mismo en el medio l#uido, de$ido a esto ?ltimo
serecomiendasuusoenpo"osconfluido&iscoso, con$uenpotencial
deproduccindel#uido, en po"os profundos ! en a#uellos #ue no
re#uieren un tiempo de cierre adicionalpara acumular energa de
presin. 4.4
CONTROLADORESLoscontroladorescon&encionalesde+lunger Lift
tra$a'anpor presin!8otiempo, elusuario puede fi'ar el tiempo de
cierre para permitir #ue el pistn alcance el fondo !
para#uetengalaenergadele&antamientonecesariaotam$inpuedefi'ar
lapresindecasing a la #ue se #uiere a$rir el po"o, asegurando un
tiempo mnimo #ue permite llegarcon el pistn al fondo.Elconcepto de
controladores Autoa'usta$les se $asa en elseguimiento continuo de
la&elocidad de ascenso del pistn, este dispositi&o
electrnico tiene un algoritmo matem%ticointerno #ue
$%sicamenteautoa'usta el tiempode cierre SutIn! el de AfterfloH
paramantener la &elocidad del pistn dentro de una &entana
predefinida.=especto al tiempo de afterfloH, es necesario definir
un minino con el o$'eti&o de #ue elpistn no realice &ia'es
sin l#uido ! deteriore las instalaciones desuperficie por no
tenerl#uido#ueamortigNelallegadadel pistnasuperficie.
Estepar%metrotam$inde$etener unlmitesuperior paranode'ar acumular
unae4cesi&acantidaddel#uido#uepueda llegar a pro&ocar un no
arri$o ! un posterior aogue. +araasegurar un$uenfuncionamientodel
sistemasereali"ael seguimientodeuna&aria$le denominada Dactor
de 7arga #ue se calcula de la siguiente maneraCEnlapr%ctica,
dico&alornode$erasuperarel
JAK:AOparaaseguraruncorrectofuncionamiento del sistema.4.5
TECNOLOG"A PACEMA#ER CONSTRUIRPARAINTEGRAR,
LOIMPOSIBLEREALIZARING.PETROLERA15PRODUCCION PETROLERAII El
+acemaBer
fueoriginalmentedise9adoparaterminacionescontu$osdedi%metroreducido!enpo"os#uetienenpacBer.
Lospistonescon&encionalesoperanme'or,cuandoel espacioanular
.tu$ing8 casing3 est%disponi$leparaacumular energadepresin de$ido a
#ue ste act?a como un gran separador durante el periodo de cierre.
Sio$ser&amosenlaDigurasiguiente, dondesemuestrala=elacin
