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I
II
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENERÍA DE PETROLEOS
TEMA: “IMPLEMENTACIÓN DE UN POWER TRAILER
EQUIPADO CON VARIADOR DE FRECUENCIA (VSD) CON
TRANSFORMADOR ELEVADOR Y GENERADOR, PARA
REALIZAR MANTENIMIENTOS PREVENTIVOS A
VARIADORES DE FRECUENCIA ESTÁTICOS”
TESIS DE GRADO PREVIO LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO
EN PETRÓLEOS
Elaborado por: Eduardo Javier Juárez Ruales
Director: Ing. Raúl Baldeón López
QUITO - ECUADOR
2011
III
DECLARACIÓN
Del contenido del presente trabajo es responsabilidad del autor.
_______________________
EDUARDO JAVIER JUÁREZ RUALES
CI: 0102119625
IV
CERTIFICACIÓN
Certifico que el señor Eduardo Javier Juárez Ruales, estudiante de la carrera de
Ingeniería de Petróleos ha desarrollado su tesis bajo mi guía. Esto implica que se han
hecho todas las revisiones y correcciones necesarias para así llegar a una buena
culminación de la tesis.
Atentamente
……………………………………………………………….
Ing. Raúl Baldeón López
DIRECTOR DE TESIS
V
VI
DEDICATORIA
Quiero dedicar de manera muy especial a mi familia quienes con gran esfuerzo y
sacrificio supieron darme el apoyo moral y económico en todo momento, por
incentivarme día a día para así poder culminar con éxito mi carrera profesional.
Eduardo Javier Juárez Ruales
VII
AGRADECIMIENTO
Agradezco a la Universidad Tecnológica Equinoccial y a quienes forman parte de ella,
por haberme dado la oportunidad de tener la carrera más antigua y prestigiosa del país
como es la Tecnología de Petróleos y poder realizarme como profesional y tener el
respaldo ahora de la Ingeniería.
El agradecimiento más sincero a mis padres por saber guiarme durante el principio de
mi vida estudiantil, a mi familia y muy especial a mi amada esposa y a mis dos
maravillosos hijos quienes me apoyaron para así poder forjarnos un futuro mejor.
Al Ing. Jorge Viteri M. Decano de la Facultad de Ciencias de la Ingeniería.
Al Ing. Raúl Baldeón, Director de Tesis por ser uno de los mejores colaboradores para
que pueda realizar mi Tesis.
Quiero agradecer de manera muy especial a mis profesores que con su paciencia y
virtud lograron impartirme sus conocimientos.
A todos gracias.
VIII
RESUMEN
El Power tráiler es un equipo que consta de una plataforma, variador de frecuencia
(VSD) con transformador elevador y generador; su función principal es brindar un
servicio móvil de generación cuando se realice el mantenimiento a los variadores de
frecuencia estáticos en los pozos de producción petrolera.
Gracias a este equipo se plantea una alternativa de reducir costos de producción y
reducir pérdidas a las hora realizar éstos mantenimientos que pueden llegar hasta las
ocho horas de operación, por lo tanto parar los equipos resulta una pérdida, finalmente
económica, en la producción de barriles por hora de dicho pozo.
El importante indicar que esta investigación arroja resultados efectivos en el uso del
power tráiler, equipo que viene a solucionar parte de la problemática a la hora de la
producción petrolera y además útil para el técnico ya que su operación es muy sencilla;
su movilidad de permite cubrir varios puntos, ser ágil y versátil.
Para comprobar sus beneficios el power tráiler ha sido aplicado a dos pozos ratificando
que se puede realizar mantenimiento a los equipos de superficie sin apagar el equipo de
fondo.
IX
SUMMARY
The Power trailer is equipment that consists of a platform, variator of frequency (VSD)
with transformer elevator and generator; the principal function is offer a mobile service
of generation when the maintenance is realized to the static variators of frequency in the
wells of petroleum production.
Thanks to this equipment an alternative appears of reducing costs of production and
reducing losses per hour these to realize maintenances that can come until eight hours of
operation, therefore stop the equipments turns out to be a loss, finally economic, in the
production of barrels for hour of the above mentioned well.
Is important indicate that this investigation throws effective results in the use of the
power trailer, equipment that comes to solve part of the problematic at the moment of
the petroleum production and in addition useful for the technician since his operation is
very simple; his mobility of allows to cover several points, to be agile and versatile.
To verify his benefits the power trailer has been applied to two wells confirming that it
is possible to realize maintenance to the equipments of surface without extinguishing
the equipment of bottom.
X
ÍNDICE GENERAL
CARÁTULA………………………………………………………………..………… II
DECLARACIÓN……………………………………………………………………….III
CERTIFICACIÓN…………………………………………………………………..….IV
CERTIFICADO DE LA EMPRESA……………………………………………………V
DEDICATORIA………………………………………………………………………..VI
AGRADECIMIENTO………………………………………………………………...VII
RESUMEN...................................................................................................................VIII
SUMMARY…………………………………………………………………………..IX
ÍNDICE GENERAL…….………………………………..………………………..……X
ÍNDICE DE CONTENIDO……………….………………………………………........XI
ÍNDICE DE FIGURAS…………...………………………………………………….XVI
ÍNDICE DETABLAS…………………………………….………………………......XIX
ÍNDICE DE ECUACIONES………………..………...………………………........…XX
ÍNDICE DE ANEXOS ………………..………………..………………………....…XXI
XI
ÍNDICE DE CONTENIDO
CAPÍTULO I
1.- INTRODUCCIÓN.......................................................................................................1
2 .-. OBJETIVOS ………………………………………………………………………. 2
2.1 .-OBJETIVO GENERAL................................................................................2
2.2 .-OBJETIVOS ESPECÍFICOS........................................................................2
3 .-JUSTIFICACIÓN.........................................................................................................2
4 .- ALCANCE..................................................................................................................4
4.1 .-HIPÓTESIS ........................................................................................................4
5 .-METODOLOGÍA........................................................................................................4
CAPÍTULO II
2 .- POWER TRAILER ....................................................................................................6
2.1 .-METODOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL..................................6
2.1.1 .-BOMBAS CENTRIFUGAS...........................................................8
2.1.1.1 RANGO DE OPERACIÓN DE UNA BOMBA...............9
2.2 EQUIPOS DE SUPERFICIE.........................................................................10
2.2.1 TRANSFORMADORES................................................................11
2.2.1.1FÓRMULAS BÁSICAS DE LA ELECTRICIDAD………………..............11
2.2.1.1.1DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA...................................11
2.2.1.1.2 VOLTAJE (V)............................................................................................12
2.2.1.1.3 CORRIENTE (I).........................................................13
XII
2.2.1.1.4 RESISTENCIA (R).....................................................13
2.2.1.1.5 LEY DE OHM............................................................14
2.2.1.1.6 ONDA SINUOSIDAD DE LA CORRIENTE
ALTERNA…………………………………...………………..14
2.2.1.1.7 POTENCIA (P)...........................................................15
2.2.1.1.8 FRECUENCIA (f)......................................................17
2.2.1.1.9 INDUCTANCIA (L)...................................................17
2.2.1.1.10 CAPACITANCIA (C)..............................................18
2.2.1.1.11 IMPEDANCIA (Z)......................................................19
2.2.1.1.12 CONDUCTORES.......................................................21
2.2.1.1.13 AISLANTES...............................................................21
2.2.1.1.14 FACTOR DE POTENCIA..........................................21
2.2.2 TRANSFORMADORES .................................................................................23
2.2.2.1 CONSTRUCCIÓN DE TRANSFORMADORES...................................26
2.2.2.2 CONEXIONES ESTRELLA Y TRIÁNGULO.......................................28
2.2.2.3 LÍMITES DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR....30
2.2.2.4 TIPOS DE TRANSFORMADORES.......................................................31
2.2.3 CABLE UTILIZADO PARA EL EQUIPO ELECTRO SUMERGIBLE..............34
2.2.3.1 CAJA DE VENTEO................................................................................37
CAPÍTULO III
3 VARIADOR DE FRECUENCIA ................................................................................38
3.1 VARIADOR SIMPLIFICADO.....................................................................40
XIII
3.1.1 VARIADOR……………………………………………............... 40
3.3.2 CIRCUITO DE CONTROL............................................................40
3.2 VARIADOR DE 6 ó 12 PULSOS.................................................................41
3.2.1 VARIADOR DE 6 PULSOS..........................................................42
3.2.2 VARIADOR DE 12 PULSOS........................................................42
3.2.3 CONTROLADOR DE VELOCIDAD VARIABLE (VSC)..........42
3.2.4 EFECTOS SOBRE LA BOMBA ..................................................44
3.2.5 EFECTOS SOBRE EL MOTOR...................................................45
3.2.6 LA BOMBA, EL MOTOR Y EL VCD.........................................46
3.3 REQUERIMIENTO DE KVA.......................................................................47
3.3.1 GRADO DE SOBRECARGA........................................................48
3.3.2 IMPEDANCIA DE TRANSFORMADORES ...............................49
3.4 ANÁLISIS DE LOS EQUIPOS ANTES DE ARRANCAR EL MISMO.....50
3.4.1 ANÁLISIS DE LAS CARTAS AMPEROMETRICAS ANTES DE
UN ARRANQUE.....................................................................................51
3.4.1 OPERACIÓN NORMAL...............................................................52
3.4.2 FLUCTUACION DE ENERGIA....................................................53
3.4.3 BLOQUEO POR GAS....................................................................53
3.4.4 CONDICION DE POZO SIN NIVEL DE FLUIDO……………..55
3.4.5 CONDICIOM DE POZO SIN NIVEL DE FLUIDO – FALLA EN
EL ARRANQUE..........................................................................56
3.4.6 CICLOS FRECUENTES DE CORTA DURACIÓN.....................57
3.4.7 CONDICIONES DE ALTO CONTENIDO DE GAS....................58
3.4.8 PARA INMEDIATO POR BAJA CORRIENTE...........................59
XIV
3.4.9 FALLA EN EL PARO POR BAJA CARGA.................................60
3.4.10 CONTROL DE NIVEL DE TANQUE ........................................61
3.4.11 CONDICIONES NORMALES DE SOBRECARGA..................62
3.4.12 CONDICIONES DE BOMBEO DE SOLIDOS...........................63
3.4.12 INTENTOS DE EXCESIVOS DE ARRANQUE MANUAL......64
3.4.13 CONDICION DE CARGA ERRATICA......................................65
CAPÍTULO IV
4 DISEÑO DEL SISTEMA.............................................................................................66
4.1 DATOS PARA EL DISENO DEL EQUIPO...........................................................66
4.1.1 DATOS DEL POZO...........................................................................................66
4.1.2 DATOS DE PRODUCCIÓN. ..........................................................................67
4.1.3 CONDICIONES DEL FLUIDO DEL POZO.................................................68
4.1.4 FUENTE DE ENERGÍA. .................................................................................68
4.2 DISEÑO DEL POZO EDY K 129 ............................................................................68
4.2.1 DATOS DEL POZO ..........................................................................................68
4.2.2 DATOS DE PRODUCCIÓN: ..........................................................................69
4.2.3 CONDICIONES DEL FLUIDO DEL POZO: ...............................................69
4.2.4 SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA: ..............................................69
4.2.5 DETERMINAR LA PRESIÓN DE ENTRADA DE LA BOMBA (PIP):.70
4.2.6 COLUMNA DINÁMICA TOTAL (TDH) ....................................................73
4.3 BOMBA SELECCIONADA......................................................................................75
4.4 CABLE DE POTENCIA SELECCIONADO...........................................................77
XV
4.5 DISEÑO DEL VARIADOR DE FRECUENCIA PARA EL POWER
TRAILER…………………………………………………….…………………….80
4.5.1 DATOS DEL POZO..........................................................................................83
4.5.2 DATOS DE PRODUCCIÓN......................................................................83
4.5.3 CONDICIONES DEL FLUIDO DEL POZO.............................................84
4.5.4 FUENTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA.....................................................84
4.5.5 DETERMINAR LA PRODUCTIVIDAD DEL POZO…………..............84
4.5.6 SELECCIÓN DE LA BOMBA..................................................................87
4.5.7 DELECCIÓN DEL CABLE DE POTENCIA………………………........89
4.6 CONSTITUCIÓN DEL POWER TRAILER............................................................90
CAPÍTULO V
5. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES.........................................................94
5.1 CONCLUSIONES ........................................................................................94
5.2 RECOMENDACIONES................................................................................96
GLOSARIO DE TÉRMINOS.........................................................................................98
BIBLIOGRAFÍA...........................................................................................................102
ANEXOS.......................................................................................................................105
4
XVI
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1. POWER TRAILER ……………………………………………………….6
FIGURA 2. EQUIPO DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL………………………..7
FIGURA 3. RANGO DE OPERACIÓN DE LAS BOMBAS………………………...10
FIGURA 4. EQUIPO DE SUPERFICIE………………………………………………11
FIGURA 5. ONDA SINUSOIDAL DE LA CORRIENTE ALTERNA………………15
FIGURA 6. POTENCIA………………………………………………………………..16
FIGURA 7. INDUCTANCIA…………………………………………………………..18
FIGURA 8. TRANSFORMADORES 400 KVA Y 600 KVA………………………...23
FIGURA 9. TRANSFORMADOR…………………………………………………….25
FIGURA 10. AUTOR TRANFORMADOR…………………………………………...25
FIGURA 11. BOBINADO ……………………………………………………………28
FIGURA 12. CONEXIONES EN ESTRELLA Y TRIÁNGULO………..…………...29
FIGURA 13. TIPOS DE CABLE ……………………………………………………..35
FIGURA 14. COMPONENTES DEL CABLE ………………………………………..35
FIGURA 15. PÉRDIDAS DE VOLTAJE EN CABLE………………………………..36
FIGURA 16. CAJA DE VENTEO ………….…………………………………………37
FIGURA 17. VARIADOR DE FRECUENCIA ………………………………………39
FIGURA 18. CURVA CARATERÍSTICA UNA PARA ETAPA A FRECUENCIA
VARIABLE…………………………………………………………………………….45
FIGURA 19. HP VS BHP……………………………………………………………...47
FIGURA 20. BRITOR ………………………………………………………………..52
FIGURA 21. INDICANDO UNA OPERACIÓN NORMAL…………………………53
XVII
FIGURA 22. CARTA AMPEROMÉTRICA FLUCTUACIONES EN LA FUENTE
DE TENSIÓN…………………………………………………………………………..54
FIGURA 23. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO BLOQUEO POR GAS….55
FIGURA 24. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO UNA CONDICIÓN DE
VACIO DEL POZO……………………………………………………………………56
FIGURA 25. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO LA PÉRDIDA DE NIVEL
DEL POZO Y LA IMPOSIBILIDAD DE RE ARRANQUE………………………….57
FIGURA 26. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO CICLOS FRECUENTES
DE CORTA DURACIÓN……………………………………………………………...58
FIGURA 27. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO CONDICIONES DE ALTO
CONTENIDO DE GASEOSO…………………………………………………………59
FIGURA 28. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO PARO INMEDIATO POR
BAJA CORRIENTE……………………………………………………………………60
FIGURA 29. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO UNA FALLA EN EL
CORTE POR BAJA CARGA………………………………………………………….61
FIGURA 30. CARTA AMPEROMÉTRICA MOSTRANDO UN SISTEMA QUE ES
CONTROLADO POR UN INTERRUPTOR DE NIVEL …………………………….62
FIGURA 31. CARTA AMPEROMÉTRICA INDICANDO UN PARO POR
SOBRECARGA………………………………………………………………………..63
FIGURA 32. TRAZO DE CORRIENTE DE UN SISTEMA QUE ARRANCA,
BOMBEA ERRÁTICAMENTE POR UN CORTO PERÍODO Y LUEGO BOMBEO
NORMALMENTE……………………………………………………………………..64
FIGURA 33. TRAZO DE CORRIENTE DE UN SISTEMA DE COMPORTAMIENTO
ERRÁTICO…………………………………………………………………………….65
XVIII
FIGURA 34. CURVA DEL COMPORTAMIENTO DEL POZO……………………..71
FIGURA 35 TDH……………………………………………………………………...73
FIGURA 36. EFICIENCIA DE LA BOMBA A 60 Hz………………………………..76
FIGURA 37. PÉRDIDA DE VOLTAJE EN EL CABLE……………………………...78
FIGURA 38. TEMPERATURA VS CORRIENTE……………………………………79
FIGURA 39. CURVA CARACTERISTICA PARA UNA BOMBA 4100FUENTE…88
FIGURA 40. POWER TRAILER ……………………………………………………..91
FIGURA 41. VARIADOR DE FRECUENCIA ……………………………………….92
XIX
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 1. SERIE DE LAS BOMBAS.............................................................................9
TABLA 2 CONVERSIÓN DE MEDIDAS ....................................................................20
TABLA 3 DESCRIPCIÓN DEL TRANSFORMADOR................................................27
TABLA 4 DESCRIPCIÓN DE LA PLACA...................................................................31
TABLA 5 DESCRIPCION DE VOLTAJE EN PLACA................................................32
TABLA 6 TAP PARA 2501 VOLT................................................................................33
TABLA 7 TAP PARA 3572 VOLT................................................................................34
TABLA 8 TIPOS DE CABLE........................................................................................36
TABLA 9 SOBRECARGAS PERMITIDAS EN EL TRANSFORMADOR.................49
TABLA 10 GRÁFICA DE PÉRDIDA POR FRICCION...............................................75
XX
ÍNDICE DE ECUACIONES
ECUACIÓN 1 LEY DE OHM........................................................................................14
ECUACIÓN 2 POTENCIA.............................................................................................15
ECUACIÓN 3 REACTANCIA INDUCTIVA................................................................18
ECUACIÓN 4 REACTANCIA CAPACITIVA..............................................................19
ECUACIÓN 5 FACTOR DE POTENCIA......................................................................22
ECUACIÓN 6 VOLTAJE INDUCIDO..........................................................................24
ECUACIÓN 7 POTENCIA PRIMARIA........................................................................26
ECUACIÓN 8 REVOLUCIONES POR MINUTO........................................................38
ECUACIÓN 9 INDICE DE PRODUCTIVIDAD...........................................................70
ECUACIÓN 10 GRAVEDAD DEL FLUIDO................................................................72
ECUACIÓN 11 INDICE DE LA PRODUCTIVIDAD..................................................72
ECUACIÓN 12 ALTURA TOTAL REQUERIDA........................................................73
ECUACIÓN 13 NÚMERO DE ETAPAS.......................................................................76
ECUACIÓN 14 CAUDAL , ALTURA DE COLUMNA , POTENCIA AL
FRENAR……………………………………………………………………………….82
XXI
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO 1 .- CORRIENTE ALTERNA........................................................................105
ANEXO 2 .- CORRIENTE CONTÍNUA......................................................................104
ANEXO 3.- TRANSFORMADOR..............................................................................106
ANEXO 4 .- TRANSFORMADORES.........................................................................106
ANEXO 5 .- VARIADOR DE FRECUENCIA ...........................................................107
ANEXO 6 .- VARIADOR DE FRECUENCIA INTERNAMENTE ..........................108
ANEXO 7.- PLATAFORMA......................................................................................108
ANEXO 8.- TRANSFORMADOR…………………………………………………...109
ANEXO 9.- TAP DEL TRANSFORMADOR………………………………………..109
ANEXO 10.- CONSOLA CHOQUE…………………………………………………110
ANEXO 11.- TORRE DE BRISTOR CONSOLA Y CAJA DE VENTEO………….110
CAPÍTULO I
1
CAPÍTULO I
1. INTRODUCCIÓN
En la industria petrolera constantemente se explora, extrae, produce, transporta,
almacena y comercializa crudo, por lo que en todas esta aéreas es importante la
prevención en el mantenimiento de los equipos que ahí trabajan; en el área de
producción tenemos equipos de levantamiento artificial como son el mecánico,
hidráulico, gas lift, y electro sumergible el cual se utiliza para la extracción de crudo
del fondo del pozo a superficie cuando la presión de fondo fluyente no es lo
suficiente mente fuerte para que el fluido llegue a superficie.
Los equipos electro sumergibles están compuestos básicamente de un sensor el cual
nos da lecturas de fondo como presión de intake, presión de descarga, y
temperaturas de intake y de motor, un motor eléctrico, un protector y una bomba, el
cual se introduce en el pozo con tubería dejándole bajo el nivel de fluido para así
extraerlo, así mismo este equipo siendo eléctrico está compuesto de igual manera de
uno de superficie el que genera la energía eléctrica al motor que se compone de un
generador, un variador de frecuencia, un trasformador elevador el que da la potencia
necesaria para el movimiento del eje del motor.
A este equipo de superficie se le debe dar mantenimiento periódicamente pero esto
significa apagar el equipo de fondo, y lo que se pretende hacer con el power tráiler
que es un equipo de superficie móvil montado en una plataforma móvil, es generar
un mantenimiento preventivo sin tener que apagar el equipo estático para
precautelar que no existan pérdidas de producción ni fallas prematuras de los
equipos de fondo por este motivo.
2
2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
Para conocer con exactitud los resultados de una investigación y que esta arroje
los resultados correctos, debe plantearse con claridad objetivos generales y
específicos, como describimos a continuación.
2.1 OBJETIVO GENERAL
Encontrar los argumentos técnicos, económicos y operativos para la
implementación de un POWER TRAILER en la industria petrolera,
específicamente en la etapa de mantenimiento preventivo de variadores de
frecuencia en pozos petroleros.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar la pérdida de producción en el momento de realizar el
cambio o mantenimiento de un variador de frecuencia, como ejemplo
de estudio tomaremos de referencia a los pozos EDY K129 y EDY K
136.
Encontrar el punto de equilibrio entre el uso de un POWER
TRAILER o equipo de variación de frecuencia móvil con un variador
de frecuencia estático.
Diferenciar en la práctica un mantenimiento preventivo al correctivo.
Identificar el costo inicial y operativo de un POWER TRAILER o
equipo de variación de frecuencia móvil.
3
3. JUSTIFICACIÓN
Actualmente en la industria petrolera ecuatoriana sobretodo en la práctica
operativa observamos algunos procesos técnicos que significan, al final de
cuentas, pérdidas económicas para el país: por ello, es necesario que todos
los procesos y etapas de producción sean estudiadas para buscar una
operación de calidad, al más alto rendimiento.
Si observamos en la realidad, no existe un adecuado manejo del
mantenimiento preventivo en los variadores y el mantenimiento correctivo
usualmente representa horas en pérdidas de producción debido a que el pozo
es apagado; todo esto se debe muchas veces a la necesidad de cambio de
filtros u otros arreglos menores.
La propuesta busca una producción constante sin interrupciones; para lo
cual, se debe implementar un equipo de superficie que conste de un variador
de frecuencia, dos transformadores, un reductor y un elevador que será
montado sobre una plataforma cama alta que podrá ser remolcada por un
cabezal de potencia, para ser transportada al pozo que requiera este servicio.
Existen pozos que por su valiosa producción no son permitidos de ser
apagados en ningún momento, a pesar de que pueda contarse con una
programación de mantenimiento que disminuya las horas de stand by, existe
un variante que pocas veces puede ser determinado; el clima, que impide que
se realicen al menor tiempo estas paradas de equipos, anteriormente
mencionadas. Esto quiere decir, que finalmente así exista un programado
control de mantenimiento no puede ser aplicado con el 100% de efectividad.
4
Quiero demostrar que con la implementación del POWER TRAILER los
pozos no se apagarán; éste equipo tendrá la potencia necesaria para suplir al
estático desde los arreglos menores que representan 2 a 6 horas, hasta
reparaciones mayores entre 12 y 24 horas; inclusive el tiempo que lleve las
pruebas en vacío que usualmente se realizan sin estar conectado al motor.
Entonces, el POWER TRAILER reemplazará al variador estático por las
horas que dure su mantenimiento y convertiríamos la pérdida en ganancia de
los barriles que pueda producir ese pozo durante las horas del
mantenimiento.
4. ALCANCE
Es necesario considerar el alcance de la presente información, por ello
marcamos claramente la hipótesis con la que se inicia la investigación.
4.1 HIPÓTESIS
Si los pozos contaran con un verdadero mantenimiento preventivo y correctivo
de los equipos de superficie, el POWER TRAILER sería la herramienta idónea
para no presentar apagones ni pérdidas en producción.
5 METODOLOGÍA
Para la recopilación de información usaré la investigación de campo a través de
entrevistas a los actuales operadores de pozos, que me permitirá trabajar con
datos reales sobre la producción, pérdidas y tiempos que los pozos EDY 129 Y
EDY 132 reportan en la actualidad, para tomar come eje de aplicación del
5
POWER TRAILER he ubicado a estos dos pozos de los cuales puedo contar con
el soporte técnico y económico.
Así mismo usaré la investigación científica al poner en prueba un POWER
TRAILER que construiré gracias al apoyo de la compañía en la cual trabajo, con
esto podré evaluar científicamente el alcance de este equipo y el servicio que
puede darle a la industria petrolera.
6 MARCO TEÓRICO
La importancia de un Power trailer, con el objetivo de mejorar el
rendimiento de los equipos electro sumergibles, y la vida útil de los mismos
mediante la utilización de equipos móviles diseñados para este propósito.
Lo que se va a estudiar a continuación es la implementación de un método
de prevención de equipos electro sumergibles para así evitar perdidas de
producción por mantenimientos de equipos.
.
CAPÍTULO II
6
CAPÍTULO II
2 POWER TRAILER
La implementación de un power tráiler para los equipos de levantamiento artificial no
será útil para el mejoramiento en las pérdidas de producción temporales por
mantenimiento y para esto debemos conocer un poco mas de los equipos con los cuales
vamos suplantar en un corto tiempo.
FIGURA 1. POWER TRAILER
FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Javier Juárez Ruales
2.1 MÉTODOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL
Cuando la energía natural del yacimiento no es suficiente para hacer que un pozo fluya
a la superficie en volúmenes suficientes, la energía natural deberá ser suplementada por
medios artificiales; éste suplemento a la energía natural se lo conoce como
levantamiento artificial.
Un equipo de bombeo electro sumergible se compone de los siguientes equipos en el
fondo del pozo.
7
1) Sensor
2) Motor
3) Protector
4) Bomba
Y los equipos de superficie son los siguientes:
1) Transformador
2) VSD
3) Caja de venteo
4) Contralador
5) Equipos adicionales.
FIGURA 2. EQUIPO DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL
FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Javier Juárez Ruales
8
Como vemos los equipos de superficie deben estar ligados a los equipos de fondo pero
tenemos una gama muy amplia de aplicación de estos equipos por lo que
determinaremos los transformadores y VSD apropiados para el estándar de los equipos
utilizados en nuestro mercado. En general los equipos que se encuentra en el mercado
están en un rango de 4.5” de OD con una capacidad de 1500 bpd hasta equipos de
revestimiento de 13-3/8” con una tasa de producción de 100000 bpd y aplicación de
temperatura desde 50 F –hasta 450 F.
Pero los más utilizados serán los que van desde una bomba D725N a las GN5000 y
motores serie 562 daremos los datos de los rangos de los equipos.
2.1.1BOMBAS CENTRIÍFUGAS
Las bombas electrosumergibles son bombas centrífugas multi-etapas las cuales están
construidas en diferentes diámetros dependiendo del espacio disponible en el pozo.
Cada etapa consiste de un impulsor rotatorio y un difusor estacionario (Figura 2-8), se
superponen varias etapas para obtener la altura de columna deseada. La bomba
centrífuga trabaja por medio de la transferencia de energía del impulsor al fluido
desplazado, el cambio de presión-energía se lleva a cabo mientras el líquido bombeado
rodea el impulsor, a medida que el impulsor rota, imparte un movimiento rotatorio al
fluido el cual se divide en dos componentes.
9
TABLA N 1. SERIE DE LAS BOMBAS.
FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Javier Juárez Ruales
2.1.1.1 RANGO DE OPERACIÓN DE UNA BOMBA.
Este es el rango en el cual la bomba opera con mayor eficiencia. Si la bomba se
opera a la izquierda del rango de operación a una tasa de flujo menor, la bomba
puede sufrir desgaste por empuje descendente (downthrust). Si la bomba se opera a
la derecha del rango de operación a una tasa de flujo mayor, la bomba puede sufrir
desgaste por empuje ascendente (upthrust).
10
FIGURA 3. RANGO DE OPERACIÓN DE LAS
BOMBAS
FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Javier Juárez Ruales
2.2 EQUIPOS DE SUPERFICIE
Se llaman equipos de superficie aquellos equipos de potencia eléctrica, los cuales
generan la energía determinada para cada motor de fondo, y estos están compuestos de
un transformador reductor el cual asume los 1300 volt que proviene de la línea de alta
tensión o de un generador para trasformar esta energía en 480 volt el cual es necesario
para el funcionamiento del variador de frecuencia el cual envía la señal de la cantidad
de voltaje que necesita el motor a un transformador que va de 480 volt al voltaje
necesario este puede fluctuar entre 1200 volt a 4900 volt.
A continuación detallaremos los equipos.
11
FIGURA 4. EQUIPO DE SUPERFICIE
FUENTE: Schlumberger
AUTOR: Eduardo Javier Juárez Ruales
2.2.1 TRANSFORMADORES
Los transformadores son equipos indispensables en la producción, muchas son las
características que hay que tomar en cuenta, como las que menciono a continuación.
2.2.1.1 FÓRMULAS BÁSICAS DE LA ELECTRICIDAD
Para la aplicación de este proyecto definiremos las fórmulas básicas asociadas con el
funcionamiento de los sistemas de bombeo electrosumergibles.
DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA.
La mayoría de las estaciones de generación utilizan ya sea la energía hidráulica de
una altura de columna de agua o la energía calorífera producida por el uranio o
12
combustibles fósiles como el carbón, el petróleo, o el gas natural, para producir
vapor e impulsar una turbina conectada a un generador.
El generador de corriente alterna es el medio más importante para la producción de
la energía eléctrica. Todos los generadores eléctricos dependen de la acción de una
bobina que corta un campo magnético o de un campo magnético que corta una
bobina para su funcionamiento. Mientras haya movimiento relativo entre un
conductor y un campo magnético, se generará un voltaje. Por lo tanto, el generador
convierte la energía mecánica en energía eléctrica que luego es dirigida al cliente
por el sistema de transmisión y distribución.
La corriente alterna (c.a.) se adapta mejor a la transmisión de larga distancia porque
puede ser más fácilmente generada desde voltajes bajos hasta moderadamente altos.
El voltaje puede luego ser elevado a valores muy altos que son adecuados para una
transmisión eficiente, y puede ser nuevamente reducido a un valor que se ajuste a un
uso general por medio de un dispositivo estático conocido como transformador.
Cuanto más alto sea el voltaje, menor será el tamaño del conductor requerido para
transportar una cantidad dada de potencia, de aquí la ventaja de transmisión de alto
voltaje. Para entender mejor los principios del sistema de generación y distribución
de energía eléctrica, comenzaremos con el repaso de algunos fundamentos básicos
de la electricidad.
VOLTAJE (V)
Debido a que los electrones están distribuidos normalmente en forma igual a través
de una sustancia, se requiere de una fuerza o presión llamada fuerza electromotriz
(f.e.m.) para separarlos de los átomos y hacerlos fluir en una dirección determinada.
13
Esta fuerza es también frecuentemente llamada potencial o voltaje. La unidad para
medir esta fuerza electromotriz es el voltio.
CORRIENTE (I)
Cuando un potencial o voltaje de fuerza suficiente es aplicado a una sustancia, causa
el flujo de electrones. Este flujo de electrones se llama corriente eléctrica. La
cantidad de flujo de corriente se mide en amperios. Un amperio es la tasa de flujo
de una corriente eléctrica representada por el movimiento de una cantidad unitaria
de electrones por segundo.
RESISTENCIA (R)
La resistencia se puede comparar con la fricción encontrada por un flujo de agua a
través de una tubería. Una tubería recta, con el interior liso, conduce el agua con
poca pérdida de presión. Si la tubería es rugosa por dentro y tiene muchos codos, la
pérdida de presión se incrementa y el caudal del flujo se reducirá. En forma similar,
un material que tenga baja resistencia permite que la electricidad fluya con una
pérdida pequeña de voltaje; un material de alta resistencia causa una caída
correspondiente en el voltaje. La energía usada en superar la resistencia se convierte
en calor.
14
LEY DE OHM
El voltaje requerido para hacer que una corriente fluya depende de la resistencia del
circuito. Un voltaje de un voltio hará que un amperio fluya a través de una
resistencia de un ohm. Esta relación se conoce como “Ley de Ohm” como se indica
en la ecuación numero 1.
ECUACION 1
I = V
R
Donde:
I = Corriente en Amperios
V = Voltaje en Voltios
R = Resistencia en Ohmios
ONDA SINUSOIDAD DE LA CORRIENTE ALTERNA.
En un sistema de corriente alterna monofásica, el voltaje y la corriente siguen una
forma de onda aproximadamente sinusoidal. Aumenta desde el cero hasta un
máximo en una dirección y luego decrece a cero, crece nuevamente a un máximo
pero en la dirección opuesta y nuevamente decrece a cero, completando así un ciclo
o dos alteraciones y 360 grados eléctricos.
15
FIGURA 5. ONDA SINUSOIDAL DE LA CORRIENTE ALTERNA
FUENTE: Glossary_Power-SP AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
POTENCIA (P)
La potencia se define como la tasa de trabajo efectivo. En términos eléctricos,
representa la energía necesaria para mantener el flujo de corriente. La potencia
eléctrica se mide en vatios. 746 vatios son equivalentes a un caballo de fuerza. Un
vatio es una unidad bastante pequeña de potencia; en consecuencia, cuando se habla
de la potencia requerida por los motores, se utiliza el término kilovatio (KW), un
kilovatio son mil vatios. Esta Potencia Real es la cantidad de potencia
efectivamente consumida en un circuito. En un circuito resistivo, cuando el voltaje
y la corriente están en fase, la potencia se puede definir como se indica en la
ecuación numero 2.
ECUACION 2
P = V x I
Donde:
P = Potencia en vatios
V = Voltaje en Voltios
I = Corriente en Amperios
16
Un sistema de distribución de energía de corriente alterna trifásica, como su nombre
lo indica, tiene tres sistemas de corriente alterna monofásica. Estos sistemas
monofásicos están espaciados de manera que el voltaje generado en cualquier fase
está desplazado a 120 grados de los otros dos. La potencia total entregada por un
sistema trifásico balanceado es igual a tres veces la potencia entregada por cada
fase.
FIGURA 6. POTENCIA
FUENTE: Glossary_Power-SP AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
Para obtener la potencia entregada a un motor de corriente alterna, no se puede
simplemente multiplicar los amperios efectivos por los voltios efectivos. Si el
circuito contiene inductancia y/o capacitancia, los circuitos con motores siempre los
contienen, el producto de la corriente efectiva y del voltaje efectivo será mayor que
la Potencial Real. Esta Potencia Aparente se mide en voltamperios o más
frecuentemente en una unidad 1.000 veces más grande, el kilovolt-amperio,
generalmente abreviada como KVA.
17
FRECUENCIA (f)
Cuando un generador gira a través de 360 grados, una revolución completa, el
voltaje generado completa un ciclo. Si el generador gira a una velocidad de 60
revoluciones por segundo, el voltaje generado completará 60 ciclos en 1 segundo.
Entonces se podrá decir que el voltaje generado tiene una frecuencia de 60 ciclos, o
60 hertz.
La relación entre la frecuencia generada (f) expresada en hertz (ciclos por segundo)
y la velocidad del rotor (N), expresada en r.p.m., y el número de polos (P) en el
motor, está dado en la fórmula:
INDUCTANCIA (L)
Muchos de los circuitos de corriente alterna contienen bobinas, transformadores y
otros aparatos eléctricos que producen efectos magnéticos. Cuando la corriente
aumenta, el circuito almacena energía en un campo magnético. Cuando la corriente
desciende, el circuito libera esta energía del campo magnético. Por lo tanto, estos
efectos magnéticos reaccionan sobre la corriente, la demoran y hacen que se retarde.
En este se puede ver que el voltaje ha alcanzado su máximo y ha comenzado a
decrecer antes de que la corriente alcance su máximo valor. Algo de corriente estará
fluyendo dentro del circuito en el instante en que el voltaje es cero. Esta reacción de
tipo magnético se llama inductancia y se mide en Henrys.
La reactancia inductiva es la acción de la inductancia al oponerse al flujo de
corriente alterna y que causa que la corriente se retrase respecto del voltaje; medido
en ohms y simbolizado por XL. En un circuito puramente inductivo la potencia real
18
es cero. La formula usada para calcular la reactancia inductiva es la indicada en la
ecuación 3.
ECUACIÓN 3
X = 2 fLL
Donde:
XL = Reactancia inductiva (Ohms)
f = Frecuencia (Hertz)
L = Inductancia (Henrys)
FIGURA 7. INDUCTANCIA
FUENTE: Glossary_Power-SP AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
CAPACITANCIA (C)
Otra clase de influencia en una corriente alterna es causada por la presencia en el
circuito de láminas alternadas de material conductor separadas por un aislamiento.
Este dispositivo se conoce comúnmente como un condensador o capacitador. Un
condensador toma energía del circuito para cargar sus láminas y luego devuelve esta
19
energía al circuito cuando la carga es retirada. Esta propiedad de acumular una carga
proveniente del circuito y devolverla al mismo se llama capacitancia. La
capacitancia se opone a cualquier cambio en el voltaje y su efecto en la corriente es
que hace que esta se adelante al voltaje. Esta reacción se llama capacitancia y se
mide en Faradios. La capacitancia tiende a actuar en sentido contrario a la
inductancia en un circuito y es útil para contrarrestar el retraso inductivo en la
corriente que es propio de la mayoría de los motores de corriente alterna.
La Reactancia Capacitiva es la acción de la capacitancia que se opone a la corriente
alterna y que hace que la corriente se adelante al voltaje; se mide en ohmios y está
simbolizada por (XC). En un circuito capacitivo puro la potencia real es cero. La
fórmula utilizada que calcula la reactancia capacitiva es la indicada en la ecuación 4.
ECUACIÓN 4
X = 1
2 fCC
Donde:
Xc: Ohmios
f = Frecuencia (Hertz)
C: capacitancia
IMPEDANCIA (Z)
En un circuito de c.a. la corriente es afectada por la resistencia, la inductancia, y la
capacitancia. La combinación de un par cualquiera de estos tres efectos se conoce
como la impedancia del circuito. La impedancia de un circuito es la oposición total
que se le presenta al flujo de corriente. La unidad de medida de esta impedancia es
20
el ohmio. Para impedancias bajas se utiliza el micro-ohmio que es igual a una
millonésima de un ohm. La unidad de medida para impedancias muy altas es un
mega ohmio y es igual a un millón de ohmios.
Todas las unidades eléctricas, electrónicas, y muchas otras de tipo científico utilizan
prefijos normalizados que se anteponen a la palabra que es utilizada como unidad
estándar de medida. Los prefijos indican el multiplicador o la fracción exacta de la
unidad estándar. El rango de prefijos de uso común es como sigue:
TABLA N 2. CONVERSIÓN DE MEDIDAS
EquivalentePrefijo Abrev Significado Matemático
pico (micromicro) p (�� millonésima de millonésima 10E-12
nano (milimicro) n (m� milésima de millonésima 10E-9
Micro � Millonésima 10E-6
Mili M Milésima 10E-3
Centi C Centésima 10E-2
- Unidad unidad estándar de medida 10E0
Kilo K mil veces 10E3
Mega M millón de veces 10E6
Giga G mil millones de veces 10E9
FUENTE: Glossary_Power-SP AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
21
CONDUCTORES
Un conductor es una sustancia que permite a los electrones fluir libremente a través
de ella. Cada sustancia es un conductor de electricidad, pero los electrones fluyen
más fácilmente a través de algunos materiales tales como el oro, plata, cobre, hierro,
y otros metales. Los alambres y los cables son las formas más comunes de
conductores.
AISLANTES
Un aislante es una sustancia a través de la cual los electrones tienen gran dificultad
en desplazarse. Este tipo de materiales, como el caucho, vidrio, algunos plásticos,
fibra, y papel seco prácticamente no permiten que ningún electrón fluya a través de
ellos. Este tipo de materiales se llaman aislantes, materiales no conductores, o
dieléctricos. Cuando un aislante es continúo, como por ejemplo alrededor de un
alambre, se llama aislamiento.
FACTOR DE POTENCIA
El factor de potencia es la relación entre la potencia real (KW) y la potencia
aparente (KVA), medida la primera por medio de un vatímetro y la segunda por
medio de un voltímetro y un amperímetro; por lo tanto el factor de potencia (PF)
puede ser definido como en la ecuación numero 5.
ECUACIÓN 5
Factor de Potencia (PF) = Potencia Real
Potencia Aparente =
Vatios
VA =
KW
KVA
22
Donde:
KW: potencia real
KVA: potencia aparente
PF: Factor de potencia
Los kilovatios de entrada a cualquier máquina pueden ser encontrados al multiplicar
los KVA por el factor de potencia:
KW = KVA x Factor de Potencia
Se dice que el factor de potencia es unitario si el voltaje y la corriente alcanzan sus
respectivos valores máximos de manera simultánea. Sin embargo, como se
mencionó previamente, en la mayoría de los sistemas de corriente alterna, el voltaje
alcanza su máximo valor en una dirección dada antes de que la corriente alcance su
máximo valor, por lo que se dice que la corriente tiene un desfase respecto del
voltaje. Este desfase puede ser medido en grados. El desfase de la corriente es
causado por aparatos tales como transformadores, motores de inducción, etc.
Se considera que el retraso efectivo de la corriente causado por aparatos de este tipo
tiene dos componentes. Un componente se conoce como la corriente magnetizadora,
que es la corriente que debe vencer el efecto de choque producido por las
características del aparato y que tiene un retardo de 90 grados eléctricos después del
voltaje. El valor de esta corriente de retraso es cero cuando el voltaje ha alcanzado
su valor máximo. Esta corriente magnetizante es conocida comúnmente con el
nombre de corriente reactiva. El otro componente es conocido como la corriente
real, y se encuentra en fase con el voltaje. La corriente real y el voltaje alcanzan su
valor máximo simultáneamente.
23
La corriente efectiva en la línea es la suma vectorial de la corriente reactiva y la real;
más aún, es la corriente que sería registrada si se conectara un amperímetro al
circuito. Dado que existe un componente que se encuentra retrasado 90 grados
eléctricos o en ángulo recto al voltaje, la corriente resultante de la línea de la cual
forma parte esta componente, estará por lo tanto fuera de fase con el voltaje y
retrasada respecto al mismo. El grado, o cantidad de retraso, depende de la
magnitud del componente de corriente reactiva y es una medida del factor de
potencia.
2.2.2 TRANSFORMADORES
El transformador es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de
corriente alterna que tiene a su entrada en otra de diferente amplitud, que entrega a su
salida o viceversa.
FIGURA 8. TRANSFORMADORES 400 KVA Y 600 KVA
FUENTE: Schlumberger
AUTOR: Eduardo Javier Juárez Ruales
24
Se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras
(vueltas) de alambre conductor. Estos esta inmersos en aceite que sirve de aislador y
ayuda a enfriar el transformador.
Un transformador simple consta de dos bobinados fuertemente enrolladas alrededor de
un núcleo de acero, pero eléctricamente aislados el uno del otro. Los bobinados que se
conectan a una fuente de voltaje alterno se llaman primarios. El bobinado genera un
campo magnético que pasa a través de las espirales del otro bobinado, llamado
secundario, y genera un voltaje en ella. Los bobinados no están físicamente conectadas
el uno con el otro, están sin embargo magnéticamente acoplados uno con otro. Por lo
tanto, un transformador transfiere potencia eléctrica de un espiral al otra por medio de
un campo magnético alterno.
Asumiendo que todas las líneas magnéticas de fuerza del primario corten todos las
vueltas del secundario, el voltaje inducido en el secundario (VS) dependerá de la
relación del número de vueltas en el secundario (NS) por el número de vueltas en la
primaria (NP). Esto se expresa matemáticamente en la ecuación numero 6.
ECUACIÓN 6
V = N
NVS
S
PP
Donde:
Vs: voltaje inducido en el secundario
Ns: numero de secundario
Np: numero de vueltas en el primario
Vp: voltaje en el primario
25
El voltaje es cambiado en proporción exacta al número de vueltas en cada bobinado.
Por ejemplo, si un bobinado de alto voltaje tiene 1000 vueltas y está conectada a un
circuito de 4160 voltios, un bobinado de bajo voltaje de 100 vueltas dará 416 voltios.
En un Auto-transformador hay solo un bobinado, parte de él es para el bajo voltaje y
está conectado en sus extremos a un circuito de alto voltaje como lo muestra la figura.
En este transformador el circuito de alto voltaje no está aislado del circuito de bajo
voltaje.
FIGURA 9. TRANSFORMADOR
FUENTE: Transformadores Power AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
Un transformador no genera potencia eléctrica. Simplemente transfiere la potencia
eléctrica de un bobinado a otro por inducción magnética. Aún cuando no es 100%
eficiente, está muy cercano a serlo.
FIGURA 10. AUTOR TRANFORMADOR
FUENTE: Transformadores Power AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
26
Ya que la potencia es igual al voltaje por la corriente (VI), si VPIP representa la potencia
primaria y VSIS representa la potencia secundaria, la potencia primaria es igual a la
potencia secundaria. Expresando estos enunciados en forma de ecuación número 7 para
el transformador 100% eficiente, tenemos:
ECUACIÓN 7
V I = V IP P S S
Donde:
VpIp: potencia primaria
VsIs: potencia secundaria.
CONSTRUCCIÓN DE TRANSFORMADORES
Un transformador no contiene partes móviles y por su simple, robusta y durable
construcción requiere muy poco mantenimiento. Con la excepción del auto
transformador, un transformador posee dos bobinados. En la mayoría de los casos los
bobinados están eléctricamente aislados uno de otro. Los bobinados están colocados en
un núcleo magnético común hecho de láminas de acero y muy similar a los utilizados en
los motores sumergibles. Las partes principales del transformador son:
27
TABLA N 3. DESCRIPCIÓN DEL TRANSFORMADOR
Término Definición
Núcleo Provee un circuito de baja inductancia para el flujo magnético
Bobinado
primario Recibe energía de la fuente
Bobinado
secundario
Recibe energía por inducción desde el primario y la entrega a la
carga
Recinto Aloja al núcleo y a los bobinados
FUENTE: Transformador power AUTOR: Eduardo Juárez
El bobinado de baja tensión es llamado primario cuando el transformador es empleado
para elevar la tensión. Inversamente, cuando un transformador es empleado para bajar el
nivel de tensión, el bobinado de alta voltaje es llamado primario. El primario siempre
se conecta a la fuente de energía y el secundario se conecta siempre a la carga.
Un transformador de núcleo es mostrado en la siguiente figura. El núcleo es construido
con finas laminaciones de hierro. Las corrientes parásitas generadas en el núcleo son
minimizadas con el uso de finos laminados aislados entre si.
Las pérdidas por histéresis, causadas por la fricción generada entre las partículas
magnéticas al circular por cada ciclo de magnetización, son minimizadas con el uso de
láminas de acero.
Bobinados de cobre o aluminio rodean el núcleo laminado en un transformador de
núcleo. El conjunto de bobinados y núcleo se ubica en un tanque de acero. El tanque de
28
acero es llenado con un aceite mineral especial para aislar y enfriar el núcleo y los
bobinados. Estos transformadores son llamados transformadores húmedos auto
enfriados. La convección natural dentro del transformador hace circular el aceite dentro
del recinto. El exterior del contenedor posee aletas para proveer una mayo área de
disipación de calor a través de convección natural y radiación.
FIGURA 11. BOBINADO
FUENTE: Transformador power AUTOR. Eduardo Juárez
2.2.2.2 CONEXIONES ESTRELLA Y TRIÁNGULO
Los dos métodos importantes de conectar los dispositivos de corriente alterna trifásicos,
particularmente los generadores y los transformadores, es por medio de conexiones
estrella o triángulo. Las Figuras ilustran los devanados en conexiones estrella y
triángulo.
29
FIGURA 12. CONEXIONES EN ESTRELLA Y
TRIÁNGULO
FUENTE: Transformador power AUTOR. Eduardo Juárez
La corriente alterna trifásica se produce por generadores que tienen tres devanados.
Como se mencionara anteriormente, estos devanados ocupan posiciones tales que el
voltaje producido en cada uno de ellos está desplazado 120 grados eléctricos de los
voltajes producidos en los otros dos devanados. Los grados eléctricos son diferentes de
nuestro concepto común de grados. Un generador de cuatro polos, por ejemplo,
producirá dos ciclos, o 720 grados eléctricos, por una revolución mecánica sencilla (360
grados) de su rotor.
Para la conexión triángulo, el voltaje de línea es igual al voltaje producido en cualquiera
de los tres devanados, asumiendo que el sistema está sin cargas o que la carga está
igualmente distribuida entre las tres fases. Para una conexión en estrella, el voltaje de
línea es mayor que el voltaje producido en un devanado por un factor de 1.732 (la raíz
cuadrada de 3). Este factor se deriva de la sumatoria vectorial de los voltajes
instantáneos producidos en los tres devanados. En un sistema balanceado, la corriente
30
en un sistema de estrella es igual a la corriente en cada devanado. En el sistema
triángulo, sin embargo, la corriente de línea es 1.732 por la corriente en cada devanado.
Tres transformadores monofásicos pueden ser conectados ya sea en configuración de
estrella o en configuración triángulo. La conexión estrella entrega más voltaje y menos
corriente. Una conexión triángulo para transformadores tiene la ventaja importante de
que la potencia trifásica puede entregarse usando solo dos transformadores, a costa de
un sacrificio de una capacidad considerable. Los transformadores conectados en lo que
se llama un triángulo abierto pueden entregar solo 57.7 por ciento de la potencia de tres
transformadores conectados en un triángulo cerrado.
La conexión estrella produce un voltaje más alto que la conexión triángulo, lo que es
algunas veces una ventaja considerable. La conexión estrella, sin embargo, no tiene un
circuito abierto que la conexión triángulo tiene. Por lo tanto, si un transformador en un
banco de tres unidades conectado como una estrella se remueve o falla por alguna
razón, el resultado tiene consecuencias graves para el sistema.
2.2.2.3 LÍMITES DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR
Un transformador se proyecta para unas tensiones dadas de servicio en primario y
secundario y una potencia máxima continua que puede obtenerse en su secundario. El
incrementar la tensión en su primario, y por tanto la corriente en el mismo, lleva a la
saturación del núcleo magnético, con lo que el mismo no es capaz de transferir mas
potencia al secundario y el exceso de potencia de entrada solo produce
sobrecalentamientos del núcleo por corrientes parásitas o armónicos, y del bobinado
primario, por efecto Joule, (el cual se conoce como efecto Joule al fenómeno por el cual
si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los
31
electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del
material conductor por el que circulan, elevando la temperatura) del mismo llevando a
la rotura del devanado por fallo del aislante del mismo. Una espira en cortocircuito
genera a su vez más calor y provoca el fallo total del devanado.
En un transformador es fundamental prever una correcta refrigeración del mismo, y a
este fin, los de mayor tamaño (a partir de algunos kilowatios), están bañados en aceite
refrigerante que actúa también como dieléctrico.
Así pues, la tensión de entrada, la potencia máxima continua de salida, y la temperatura
ambiente, son tres parámetros que no deben sobrepasarse de forma permanente.
2.2.2.4 TIPOS DE TRANSFORMADORES
Los transformadores elevadores usualmente son transformadores de tres fases y se
requieren para elevar el voltaje de la salida del VSD de 480 volt a valores requeridos
para el motor del sistema de bombeo electro sumergible
Una placa de características típica para este tipo de transformador puede ser como
sigue:
Es un transformador es de tres fases para 520 KVA con una entrada de 480 V a 60 Hz.
Si el voltaje de entrada es menor que 480V, el KVA disponible será menor
TABLA N 4 DESCRIPCIÓN DE LA PLACA
FUENTE: Transformador power AUTOR. Eduardo Juárez
32
Esta parte indica como el transformador debe ser ajustado para obtener diferentes
voltajes secundarios. Por ejemplo, como debería ser ajustado el transformador para
obtener un voltaje secundario de 2450V cuando el voltaje primario es 480V
TABLA N 5. DESCRIPCIÓN DE VOLTAJE EN PLACA
FUENTE: Transformador power AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
El bobinado secundario debe estar conectado "Wye", el sector No 1 debería ser
colocado en la posición 2 y el selector No 2 debería ser colocado en la posición 4.
Como debería ser conectado el transformador si el voltaje requerido en el secundario
todavía es 2450V pero el voltaje primario es solamente 330V
33
TABLA N 6. TAP PARA 2501 VOLT
FUENTE: Transformador power AUTOR: Eduardo Juárez
Debido a que el voltaje primario no es 480V, la selección previa no daría 2450V. Por el
otro lado, sabemos que en cualquier posición que se seleccione, la relación de
transformación permanecerá constante
=
Entonces el voltaje secundario de placa puede ser calculado así:
= =3564 V
El bobinado secundario debería estar conectado en "Wye", el conector No 1 debería
estar en la posición 1 y el conector No 2 debería estar en la posición 3.
34
TABLA N 7. TAP PARA 3572 VOLT
FUENTE: Transformador power AUTOR. Eduardo Juárez
En si tenemos transformadores de 260, 520, 600, 815, 1500 KVA dependiendo la
necesidad.
2.2.3 CABLE UTILIZADO PARA EL EQUIPO ELECTRO SUMERGIBLE.
Se deben tomar en cuenta otros parámetros como son las perdidas en el cable del todo el
sistema de superficie y el cable de fondo que este puede ser =Numero 1, 2, 4 o 6.
La potencia eléctrica es transmitida al motor eléctrico por medio de un cable de tres
conductores. Los cables para el sistema ESP se pueden construir tanto en
configuraciones redondas como planas.
35
FIGURA 13. TIPOS DE CABLE
FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
FIGURA 14. COMPONENTES DEL CABLE
FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
1.- Conductor
2.- Aislamiento
3.- Barrera
4.- Armadura
5.- Capilar de inyección este puede ser de uno o dos capilares.
El material conductor usado es cobre recocido o solido. La resistencia del conductor es
directamente proporcional a la longitud del mismo. El incremento del área de la sección
de un conductor, por otra parte, tiene un efecto inverso sobre la resistencia, (la
resistencia es inversamente proporcional a área de la sección).
36
TABALA N 8. TIPOS DE CABLE
FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
FIGURA 15. PERDIDAS DE VOLTAJE EN CABLE
FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
La función de la armadura es la de proteger tanto la chaqueta como el material de
aislamiento del daño mecánico.
El aislamiento usado para estos cables debe ser capaz de resistir las temperaturas y la
presión de la cavidad del pozo y resistir el contacto de los fluidos contenidos en el
37
mismo. Se utilizan materiales termoplásticos y varios materiales elastoméricos tanto
para el aislamiento como para las chaquetas. Sin embargo, existen limitaciones para
estos materiales utilizados en la construcción de los cables. Los cables más comunes se
diseñan generalmente para una vida útil de 10 años a su temperatura máxima de
funcionamiento, basándose en los límites de temperatura de los materiales del
aislamiento
2.2.3 CAJA DE VENTEO
Protege el acoplamiento entre el cable de potencia procedente del pozo y el cable de
potencia que llega del VSD y realiza tres funciones:
1.- Proporcionar un punto para conectar el cable proveniente del controlador al cable del
pozo.
2.- Proporcionar un desfogue a la atmósfera para el gas que pueda migrar por el cable de
potencia desde el fondo
3.- Proporcionar puntos de prueba fácilmente accesibles para la revisión eléctrica de los
equipos subsuperficiales.
FIGURA 16. CAJA DE VENTEO
FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
CAPÍTULO III
38
CAPÍTULO III
3 VARIADOR DE FRECUENCIA
Un variador de frecuencia de corriente alterna (c.a) es un dispositivo utilizado para
controlar la velocidad de rotación de un motor de corriente alterna (c.a) o de inducción,
por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor.
Los dispositivos variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad
síncrona de un motor de corriente alterna (CA) está determinada por la frecuencia de
CA suministrada y el número de polos en el estator, de acuerdo con la relación:
ECUACIÓN 8
Donde
RPM = Revoluciones por minuto
f = frecuencia de suministro AC (hertz)
p = Número de polos (adimensional)
La velocidad de rotación de un motor de 4 polos conectado a 50 Hz será de 1.500 rpm,
mientras que la de un motor de 2 polos será de 3.000 rpm.
Además de cambiar la frecuencia, el variador también varía el voltaje aplicado al motor
para asegurar que existe el par necesario en el eje del motor sin que surjan problemas de
sobrecalentamiento.
Motores síncronos operan a velocidad síncrona determinada por la ecuación. La
velocidad de un motor de inducción es un poco menor que la velocidad síncrona.
39
Un motor de 4 polos que esta conectado directamente a la red de distribución eléctrica
de 60 Hz debería tener una velocidad síncrona de 1800 rpm:
Si el motor es un motor de inducción, la velocidad de operación a plena carga estará
sobre los 1750 RPM.
Si el motor está conectado al variador de velocidad que le proporciona 40 Hz, la
velocidad síncrona será de 1200 RPM:
FIGURA 17. VARIADOR DE FRECUENCIA
FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
40
3.1 VARIADOR SIMPLIFICADO
El variador de frecuencia regula la frecuencia de la corriente aplicada al motor,
logrando con ello modificar su velocidad. Sin embargo, se debe tener presente que
el cambio de frecuencia debe estar acompañado por un cambio de la tensión
aplicada, para no saturar el flujo magnético del rotor este toma corriente a una
frecuencia fija para cambiarla a corriente de frecuencia variable y suministra al
equipo de fondo.
El variador de frecuencia provee torque constante en todo el rango de velocidades y
puede ser usado manualmente para ajustar la relación V/Hz para aplicaciones
específicas (Velocidad Base) adicional provee capacidad para un arranque suave
(Soft Start) y optimiza la producción del pozo (Evita los arranques y paradas cíclicas
del equipo y del pozo)
3.2 PARTES DE UN VARIADOR DE FRECUENCIA:
Todos los variadores de frecuencia modernos cuentan con las siguientes partes
principales:
CIRCUITO RECTIFICADOR: Recibe la tensión alterna y la convierte en continua
por medio de un puente rectificador de diodos de potencia.
CIRCUITO INTERMEDIO: Consiste en un circuito LC cuya función principal es
suavizar el rizado de la tensión rectificada y reducir la emisión de armónicos hacia la
red.
41
INVERSOR: Convierte la corriente continua del circuito intermedio en una alterna con
tensión y frecuencia variables mediante la generación de pulsos. Se emplea el sistema
IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) para generar los pulsos de voltaje de manera
controlada.
CIRCUITO DE CONTROL
Como la velocidad definida, para controlar las funciones del variador y generar la
velocidad y el par necesarios para el eje del motor. El circuito de control también sirve
para proteger el variador en determinadas situaciones y para proporcionar al usuario
información sobre el estado del variador.
Si se controlan la frecuencia y el voltaje aplicados con precisión, el usuario puede estar
seguro de conseguir un buen rendimiento del proceso y del producto. En los últimos
años se han logrado importantes avances en esta área, avances como los variadores de
control vectorial de flujo en lazo abierto y en lazo cerrado, descritos más adelante.
3.3 VARIADOR DE 6 ó 12 PULSOS
Los efectos de la frecuencia de alimentación conocidos como 'armónicos' son producto
del variador cuando éste obtiene corriente de la red eléctrica. Los armónicos
distorsionan el suministro de alimentación y pueden tener efectos adversos sobre los
equipos que utilizan el mismo suministro.
Una manera de combatir esta distorsión consiste en reducir los efectos armónicos del
suministro. Para ello es preciso duplicar el número de veces que se obtiene corriente del
suministro y, por lo tanto, también reducir la corriente obtenida por cada pulso. De este
modo se "nivela" la corriente extraída y, con ello, el contenido armónico de la línea de
42
suministro. Este método de gestión de la calidad de la alimentación eléctrica se conoce
como control de 12 pulsos.
3.3.1 VARIADOR DE 6 PULSOS
El variador normal de 6 pulsos consta de 6 elementos rectificadores (dos por fase: uno
para el medio ciclo positivo y otro para el medio ciclo negativo).
El variador que utiliza el control de 12 pulsos consta de dos unidades de rectificación
con 6 elementos rectificadores cada una (12 en total); la segunda unidad se conecta
mediante un transformador de desplazamiento de fase.
3.3.2 VARIADOR DE 12 PULSOS.
El resultado sobre la corriente de entrada es visible cuando se utiliza el control de 12
pulsos.
Al igual que la configuración de 12 pulsos, se pueden acoplar reactancias en la entrada
de la red eléctrica del variador, o del enlace de c.c., para reducir la distorsión global, tal
como se muestra en las ilustraciones.
3.3.3 CONTROLADOR DE VELOCIDAD VARIABLE (VSC)
La Bomba Electrocentrífuga es típicamente poco flexible cuando opera a una velocidad
fija; el equipo está limitado a una gama fija de caudales de producción y a una altura de
columna dinámica generada que es fija para cada caso. El Controlador de Velocidad
Variable (VSC) ha ganado rápida aceptación como un accesorio del sistema ESP de
gran valor para aliviar estas restricciones. Permitiendo que se varíe la velocidad del
equipo entre 30 y 90 Hz con lo cual se puede cambiar el caudal, la altura de columna
43
dinámica o ambas, dependiendo de las aplicaciones. Estos cambios se logran con solo
cambiar la velocidad de operación, sin modificaciones al equipo en el fondo del pozo.
La operación básica del VSC es convertir la potencia de trifásica de entrada, típicamente
a 480 voltios, a un suministro de potencia de (directa). Luego, utilizando los
semiconductores de potencia como interruptores de estado sólido, invierte
secuencialmente este suministro de corriente continúa para regenerar 3 fases de salida
en corriente alterna de potencia seudo-sinusoidal, cuya frecuencia y voltaje son
controlables.
La flexibilidad en el bombeo fue el propósito original de la aplicación de los VSC a los
sistemas ESP, pero se han logrado obtener muchos otros beneficios. De interés
particular son aquellos que pueden alargar la vida del equipo subsuperficial: el arranque
suave, la velocidad controlada automáticamente, la supresión de transitorios de línea y
la eliminación de los estranguladores en superficie.
El VSC aísla la carga de las interrupciones de entrada y transitorios causados por rayos;
balancea el voltaje de salida para reducir el calentamiento del motor; ignora la
inestabilidad en la frecuencia de los suministros con generador; compensa las caídas de
tensión o desconecta la unidad de la línea; y minimiza la presión eléctrica y mecánica
durante el arranque. Además, dependiendo de la aplicación, el VSC puede mejorar la
eficiencia total del sistema, reducir el tamaño del generador requerido, obviar la
necesidad de un estrangulador, reducir el tamaño de la unidad subsuperficial y proveer
funciones de control inteligentes para maximizar la producción. Todos estos beneficios
no pueden lograrse simultáneamente; sin embargo, el usuario puede elegir y seleccionar
la combinación más adecuada para su aplicación.
44
3.3.4 EFECTOS SOBRE LA BOMBA
El desempeño de la bomba electro sumergible se caracteriza por una curva de altura de
columna dinámica generada vs. Caudal a alguna velocidad estándar determinada por la
frecuencia. Si la velocidad cambia, se genera una nueva curva; una mayor si la
frecuencia se aumenta y una más pequeña si la frecuencia decrece. Si se acopla la
bomba a un motor de inducción trifásico, y se varía la frecuencia de funcionamiento del
motor, su velocidad cambia en proporción directa al cambio de frecuencia. Por lo tanto,
la velocidad de la bomba y de allí su salida hidráulica puede ser controlada simplemente
variando la frecuencia del suministro de potencia - siempre y cuando los límites de
carga del motor y el voltaje sean observados adecuadamente.
La técnica de combinar las características de desempeño de la bomba centrífuga y del
motor de inducción trifásico, nos permite desarrollar una curva de desempeño para
cualquier frecuencia dentro de los límites útiles. Las siguientes ecuaciones fueron
derivadas en base a estas condiciones (Leyes de Afinidad):
ECUACIÓN 9
Nuevo caudal de flujo = Nueva frequencia
60 HzCaudal de flujo @ 60 Hz
Alt. Columna nueva =Nueva frequencia
60 HzAlt. de columna @ 60 Hz
2
Potencia nueva = Nueva frequencia
60 HzPotencia @ 60 Hz
3
FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
45
FIGURA 18. CURVA CARATERISTICA UNA PARA UNA ETAPA A
FRECUENCIA VARIABLE
FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.3.5 EFECTOS SOBRE EL MOTOR.
Un motor de frecuencia fija de un tamaño particular tiene un torque de salida máximo
específico, siempre que se suministre el voltaje de placa a sus terminales. Este mismo
torque se puede lograr a otras velocidades variando el voltaje en proporción a la
frecuencia - de esta forma la corriente magnetizadora y la densidad del flujo magnético
permanecerán constantes, y así el torque disponible será constante (a deslizamiento
nominal). Como resultado, la potencia de salida será directamente proporcional a la
velocidad, ya que la potencia se obtiene de multiplicar el torque por la velocidad. Se
observará que esta re-clasificación de motores aumenta la potencia máxima disponible
para un tamaño particular de rotor.
Potencia nueva del motor = Nueva frequencia
60 HzPotencia del motor @ 60 Hz
46
3.3.6 LA BOMBA, EL MOTOR Y EL VCD
Normalmente la bomba es escogida para entregar una cierta salida hidráulica a una
velocidad particular. El tamaño del motor puede seleccionarse de manera que su
capacidad se ajuste a la bomba cuando opera a la velocidad escogida. Por encima de esa
velocidad el motor estará sobrecargado y habrá una condición de baja carga a
velocidades más lentas, debido a la naturaleza cúbica de la carga de la bomba. Esto se
refleja en la corriente consumida por el motor. El amperaje de placa del motor solo será
consumido a la velocidad escogida.
El requerimiento de KVA en la superficie se calcula en la forma normal, incluyendo la
pérdida resistiva en el cable, pero el cálculo se realiza a la frecuencia máxima, ya que
esto representa el requerimiento pico del sistema. Se escoge una unidad VSC cuya
capacidad en KVA se ajuste o exceda los requerimientos.
La característica lineal del rendimiento de potencia del motor intercepta la característica
cúbica de la potencia consumida por la bomba a la frecuencia máxima de diseño. Las
frecuencias de operaciones más altas podrían generar una situación de sobrecarga del
motor. Estos principios cubren la teoría, pero en la práctica hay varios detalles
adicionales que necesitan ser tomados en consideración cuando se diseña un sistema
VSC total.
47
FIGURA 19. HP VS BHP
FUENTE: Schlumberger AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.4 REQUERIMIENTO DE KVA.
Debido a la amplia flexibilidad o variados voltajes y condiciones en las que un
transformador puede operar, junto con la inhabilidad para determinar a que factor de
potencia serán empleados, no es factible decir que el valor de kilovatios es el mismo que
el de KVA. Por ello la potencia en los transformadores es expresada en kilo voltio-
ampere, lo que representa su potencia aparente. Muy pocos transformadores están
expresados en voltios-amperes o en un valor decimal. Por ejemplo: 0,75kVA son 750
VA.
Para determinar el tamaño de un transformador necesario para una aplicación
determinada es necesario saber las condiciones de uso. Por ejemplo:
180 HP, 1000V, 113ª
48
profundidad de fijación 3000ft
Temperatura de fondo 200°F
Cable #1 de cobre, 3100ft
La tabla para el cálculo de tensión de superficie en la sección de procedimientos de
campo muestra una caída de 24V cada mil pies para cable #1 con 113ª. Para alimentar el
motor con 1000V la salida del transformador debería ser de aproximadamente 1072V.
La siguiente ecuación es empleada para calcular los KVA requeridos para el sistema
trifásico.
Cálculo de los KVA requeridos
1000
)1,732 x amps x superficie de voltaje(kVA
KVA= (1000V x 113A x 1,732) / 1000=215 KVA.
Tres transformadores de 75kVa o uno de 215kVA son requeridos para esta instalación.
3.3.1 GRADO DE SOBRECARGA
Típicamente los transformadores son diseñados en forma conservativa y tienen una
capacidad de sobrecarga basadas en características y condiciones de temperatura.
La condición de sobrecarga está determinada por las siguientes pautas
La temperatura en la parte superior del aceite antes de entrar en sobrecarga es de
75°C.
La temperatura en la parte superior del aceite no deberá ser mayor a los 85°C
durante el período de sobrecarga.
49
Cuando el promedio diario de temperatura es menos a los 30°C el transformador puede
ser operado continuamente con un 1% de sobrecarga por cada grado por debajo de los
30°C de promedio.
TABLA 9. SOBRECARGAS PERMITIDAS EN EL TRANSFORMADOR
Temperatura en la parte superior Sobrecarga permitida
35°C 100%
45°C 75%
55°C 50%
65°C 24%
75°C 10%
FUENTE: Schlumberger
AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.3.2 IMPEDANCIA DE TRANSFORMADORES
La impedancia del transformador es la oposición total (resistiva y reactiva) que el
transformador ofrece al paso de la corriente alterna a una frecuencia dada. El valor de la
impedancia expresado como un porcentaje está grabado en la placa del transformador
como información estándar.
Los transformadores empleados en los sistemas de bombeo electrosumergible son
diseñados para tener una mayor impedancia que los transformadores convencionales de
distribución por las siguientes razones.
50
1. Para incrementar la resistencia mecánica del sistema.
2. Reducir la magnitud de las fuerzas magnéticas actuantes en los bobinados del
transformador durante el arranque y condición de cortocircuito del motor.
3. Limitar la magnitud de la corriente de sistema en la condición de atascamiento y
arranque del motor.
4. El incremento de la impedancia de estos transformadores no eleva las pérdidas
debido a que la resistencia en los bobinados permanece constante. La reactancia
de los bobinados es elevada resultando esto en una mayor regulación de voltaje
para bajos factores de potencia, sin embargo esto es una ventaja en los arranques
directos.
Cuando un banco de tres transformadores monofásicos son conectados en triángulo sus
impedancias deberán ser idénticas para obtener un mayor balance. Cuando están
conectados en estrella la diferencia de impedancias no deberá ser mayor al 15% entre
los transformadores. Diferencias mayores a esta tendrán como consecuencia
sobrecalentamiento, desbalance de voltaje y falla prematura del equipo.
3.4 ANÁLISIS DE LOS EQUIPOS ANTES DE ARRANCAR EL MISMO
TEXTO
Antes del arranque de un pozo se debe a analizar el comportamiento del mismo para
determinar mediante las cartas amperométricas si en pozo tiene problemas de presencia
de gas, problemas en el equipo al momento de los arranques, o si es un equipo que
arranca sin problemas.
51
3.4.1 ANÁLISIS DE LAS CARTAS AMPEROMETRICAS ANTES DE UN
ARRANQUE.
Una de las más comunes y valiosas herramientas disponibles para el técnico de campo
para solucionar problemas es registrador amperométrico. Apropiadamente monitoreada,
la carta amperométrica puede proveer información valiosa para la detección y
corrección de problemas operacionales menores antes de que puedan causar problemas
mayores. Cuando el registrador es apropiadamente utilizado y comprendido, puede ser
muy importante para mostrar cambios en las condiciones operativas del equipo o del
pozo. La interacción entre el pozo y el equipo de fondo será algunas veces conflictiva,
y, en esos casos, este desbalance es reflejado en el registrador.
Es muy importante que el rango del transformador de corriente (CT) sea configurado
para asegurarse de que (en condiciones normales de operación) la pluma registre cerca
de la zona central de carta. Las condiciones de sobre y baja corriente deben quedar
registradas dentro de los límites de la carta para fines diagnósticos. Una carta
amperométrica que lee el amperaje correcto para el rango elegido es necesaria. Muchas
operaciones son llevadas a cabo con la relación incorrecta, con la carta incorrecta o
ambas. Los procedimientos para determinar el rango correcto del CT están indicados en
la sección de procedimientos de campo.
Asumiendo que el registrador funciona correctamente, un número de cambios en las
condiciones de operación pueden ser definidos por medio de la apropiada interpretación
de la carta amperométrica. Algunas condiciones potencialmente dañinas son:
Bajo amperaje, bajo amperaje o amperaje errático.
52
Fluctuaciones en el sistema de energía.
Los siguientes lineamientos discuten la apropiada interpretación de las cartas
amperométricas y su relación con otras guías en la solución de problemas y
mantenimiento preventivo de bombas electrosumergibles.
FIGURA 20. BRITOR
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.4.1 OPERACIÓN NORMAL
Un motor trifásico, de dos polos, velocidad constante de inducción bajo una condición
de carga constante es un amperaje constante. Una instalación optimizada está diseñada
de tal forma que la potencia está dentro del 10% de la de placa, y la TDH no varía más
de un 5% de la actual. Bajo estas condiciones, el registrador debería trazar una curva
suave y simétrica cercana al valor de corriente de placa. La siguiente carta ilustra
condiciones ideales. Un pozo que no produce una curva suave, pero el la línea de
amperaje es consistente día a día es considerada normal para esas condiciones de pozo.
Cualquier desviación de la operación normal del pozo es debido a posibles problemas o
condiciones cambiantes del pozo.
53
FIGURA 21. INDICANDO UNA OPERACIÓN NORMAL
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.4.2 FLUCTUACIÓN DE ENERGÍA
Bajo operación normal continua, la energía consumida por el motor permanece
constante. Bajo estas circunstancias, el amperaje varía inversamente con el voltaje.
Consecuentemente, si la tensión de alimentación fluctúa, la corriente fluctuará en un
intento por mantener una potencia constante. Estas fluctuaciones se verán reflejadas en
la carta amperométrica. La causa mas común de fluctuaciones de tensión es la
sobrecarga del sistema de alimentación.
54
FIGURA 22. CARTA AMPEROMETRICA
FLUCTUACIONES EN LA FUENTE DE
TENSION
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.4.3 BLOQUEO POR GAS
La siguiente figura muestra una carta perteneciente a una bomba con bloqueo por gas y
consecuentemente se detuvo. En el arranque, el nivel del fluido anular es alto, luego, la
producción y el amperaje son incrementados levemente debido al reducido TDH. Esto
es seguido de un período normal de operación con el nivel de fluido cercano al del
diseño. Una disminución en el amperaje y cierta fluctuación es registrada cuando el
nivel de fluido queda por debajo de lo diseñado a medida que el gas comienza a
formarse cerca de la bomba, finalmente, volviéndose errática a la vez que el fluido llega
a un nivel cercano al del intake. Cargas cíclicas de gas causan el paro por baja carga del
sistema.
Algunas veces, es posible remediar esta situación bajando la bomba hasta un punto en
donde la aparición de gas es suficientemente baja como para permitir una operación
55
continua. De no poderse bajar la bomba, puede que sea posible disminuir la producción
hasta que un nivel apropiado de producción es alcanzado. Si ninguna de estas soluciones
son viables, un sistema de funcionamiento cíclico deberá ser diseñado para maximizar
la extracción de fluido.
FIGURA 23. CARTA AMPEROMETRICA INDICANDO BLOQUEO POR GAS
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.4.4 CONDICIÓN DE POZO SIN NIVEL DE FLUIDO
La siguiente figura muestra la carta amperométrica de un sistema que dejó sin nivel al
pozo y luego se detuvo por baja corriente, fue re arrancado automáticamente y detenido
nuevamente por la misma razón.
El análisis de las secciones A, B y C son idénticas a las de bloqueo por gas excepto que
no hay fluctuaciones visibles por ruptura de gas evidentes, debido a que se asume que
no hay gas presente. En la sección D, el nivel de fluido se acerca al intake de la bomba y
el flujo y el amperaje decrecen. Finalmente, el nivel de bajo corriente establecido es
alcanzado y el sistema se desconecta. Cuando el sistema se apaga por baja corriente una
secuencia automática de re arranque se dispara. Como es mostrado, el sistema es re
arrancado automáticamente después del tiempo establecido. Durante la desconexión, el
56
nivel del fluido aumentó levemente. Cuando el sistema re arranca, el nivel de fluido no
había alcanzado el nivel estático y la secuencia comienza de nuevo.
El problema es que el sistema es demasiado grande para esta aplicación. La bomba
deberá ser redimensionada. Una estimulación podría incrementar la productividad del
pozo lo suficiente como para balancear el sistema.
FIGURA 24. CARTA AMPEROMETRICA
INDICANDO UNA CONDICION DE VACIO DEL
POZO
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.4.5 CONDICIÓN DE POZO SIN NIVEL DE FLUIDO – FALLA EN EL
ARRANQUE
La siguiente figura muestra una línea de amperaje de una sistema que se ha detenido por
baja carga, luego falló en re arrancar automáticamente, y luego arrancó comenzando el
ciclo de nuevo. El análisis de esta gráfica es similar al anterior, excepto que en este caso
57
el tiempo de re arranque automático no es suficiente como para permitir que el nivel del
pozo se recupere. Es sistema está considerablemente sobredimensionado. El cronómetro
de re arranque debería ser ajustado de tal forma que permita que el pozo recupere su
nivel. La bomba debería ser redimensionada o bien el pozo estimulado para lograr un
equilibrio en el sistema.
FIGURA 25. CARTA AMPEROMETRICA
INDICANDO LA PERDIDA DE NIVEL DEL
POZO Y LA IMPOSIBILIDAD DE RE
ARRANQUE
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.4.6 CICLOS FRECUENTES DE CORTA DURACIÓN
Ciclos frecuentes de corta duración en un motor electrosumergible producen una carta
similar a la de pérdida de nivel excepto que los tiempos de funcionamiento son más
cortos y los ciclos mas frecuentes. El historial de amperaje aplica generalmente a
motores que son demasiado grandes para la aplicación. Es muy inusual encontrar un
58
sistema electrosumergible tan mal dimensionado. Si la productividad del pozo es
compatible con el sistema, otros problemas deberán ser considerados.
La acción correctiva consiste en determinar el nivel del fluido inmediatamente después
del paro. Si el nivel del fluido está sobre la bomba verifique por inusuales altas
presiones en la cañería. Si la línea de descarga está obstruida o una válvula cerrada al
paso del fluido una reducción en la producción ocurrirá, acompañado de una caída en el
nivel de corriente. Si la presión de descarga es razonablemente baja verifique por bajos
niveles de producción. Cualquier nivel de caudal bajo sería causado por una pérdida en
la cañería. Los ciclos frecuentes de corta duración son extremadamente perjudiciales
para los motores, esta condición deberá ser corregida inmediatamente.
FIGURA 26. CARTA AMPEROMETRICA INDICANDO CICLOS
FRECUENTES DE CORTA DURACIÓN
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.4.7 CONDICIONES DE ALTO CONTENIDO DE GAS
La siguiente figura muestra el trazo de corriente de un sistema que se encuentra
operando cercano a los niveles del su diseño, pero está manejando un fluido liviano con
gas. La fluctuación es causada por gas atrapado y libre en una solución de fluido mas
pesado. Esta condición es usualmente acompañada por una reducción en la producción
59
total. Una bomba electrosumergible intentará bombear cualquier fluido presente en el
intake, incluyendo gas. Un barril de gas representa una contribución a la producción,
pero si representa un volumen sustancial en la bomba. Un manejador de gas deberá ser
considerado en la próxima instalación para mejorar el manejo del gas e incrementar la
producción.
Este tipo de trazo de amperaje puede también ser el resultado de bombear fluido
emulsionado, donde el intake es obstruido momentáneamente por la emulsión. En un
bloqueo por emulsión las puntas que aparecen en el gráfico se encuentran por debajo del
nivel normal de corriente.
FIGURA 27. CARTA AMPEROMETRICA INDICANDO CONDICIONES DE
ALTO CONTENIDO DE GASEOSO
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.4.8 PARA INMEDIATO POR BAJA CORRIENTE
La siguiente figura muestra el trazo de corriente de un sistema que está arrancando,
funcionando por un corto período de tiempo y luego deteniéndose por baja corriente.
Este ciclo es repetido por una secuencia de arranque automático. Generalmente, esto es
causado por un fluido sin suficiente densidad o volumen para cargar al motor con un
60
amperaje arriba de la configuración de baja carga. Si las pruebas de productividad
muestran que hay fluido disponible en el intake, puede ser posible solucionar este
problema al bajar la configuración de corte por baja corriente. Otra causa de este
comportamiento es la falla del cronómetro que bloquea el corte por baja corriente
durante la secuencia de arranque.
FIGURA 28. CARTA AMPEROMETRICA INDICNDO PARO INMEDIATO
POR BAJO CORRIENTE
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.4.9 FALLA EN EL PARO POR BAJA CARGA
La siguiente figura muestra el trazo de corriente de un sistema que experimenta un
arranque normal, seguido de una disminución de la corriente hasta llegar al nivel de
corriente de vacío del motor. Después de un tiempo de funcionamiento sin carga la
unidad falla por sobrecarga. Este comportamiento es típico de una unidad
sobredimensionada para la aplicación y una pobre protección por baja carga. La unidad
eventualmente vacía el pozo hasta un punto en donde la alarma de baja carga apaga la
61
unidad, pero en este caso, la alarma falló o fue mal configurada. Sin producción, el
motor funcionó hasta que el incremento de temperatura causó que el motor o el cable se
quemaran. El fluido que circula por el motor permite la refrigeración del mismo.
FIGURA 29. CARTA AMPEROMETRICA INDICANDO UNA FALLA EN EL
CORTE POR BAJA CARGA
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.4.10 CONTROL DE NIVEL DE TANQUE
La siguiente figura muestra el trazo de corriente de un sistema que es controlado por un
interruptor de nivel. El interruptor apaga la unidad y comienza la secuencia de arranque
automático. Este tipo de operación es normal, pero el punto clave está en el retardo de re
arranque. En este caso, el retardo es demasiado corto. En casi todos los casos, cuando el
equipo se detiene, la columna de fluido tiende a descender por la bomba, haciéndola
girar en sentido inverso. Intentar arrancar cualquier bomba electrosumergible en estas
condiciones tendrá como consecuencia un daño en la misma como un eje doblado o
cortado. Un mínimo de 30 minutos es requerido para asegurarse de que no está girando
en sentido inverso.
62
FIGURA 30. CARTA AMPEROMETRICA MOSTRANDO UN SISTEMA QUE
ES CONTROLADO POR UN INTERRUPTOR DE NIVEL
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.4.11 CONDICIONES NORMALES DE SOBRECARGA
La siguiente carta muestra un trazo de corriente correspondiente a un sistema que tuvo
un paro por sobrecarga. La sección A de la curva muestra un arranque con un nivel de
corriente por debajo del de placa, gradualmente aumentando. La sección B muestra la
unidad funcionando correctamente. La sección C muestra un gradual incremento en el
amperaje hasta que finalmente de para por sobrecarga. Hasta que la causa de esta
sobrecarga sea corregida no se deberá intentar re arrancar. La instalación completa
deberá ser analizada.
Causas comunes de este tipo de paros son incrementos en la gravedad específica o
viscosidad del fluido, producción de arena, emulsiones, o problemas mecánicos como
descargas atmosféricas, sobrecalentamiento del motor o equipo desgastado.
63
FIGURA 31. CARTA AMPEROMETRICA INDICANDO UN PARO POR
SOBRECARGA
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.4.12 CONDICIONES DE BOMBEO DE SÓLIDOS
La siguiente carta muestra el trazo de corriente de un sistema que arranca, bombea
erráticamente por un corto período de tiempo y luego bombea normalmente. Este tipo
de operación es esperado cuando se está limpiando el pozo de restos sólidos como
incrustaciones, arena, barro, etc. Este tipo de operación no es usual, pero no es
recomendada.
La potencia actual requerida es proporcional a la gravedad específica del fluido. Si es
necesario el uso de fluidos para ahogar el pozo, utilice uno del menor peso posible y
contacte el ingeniero de aplicaciones para determinar los requerimientos de arranque.
Bajo ciertas circunstancias, puede que sea necesario contrapresionar en boca de pozo
para evitar un amperaje excesivo. Si el pozo produce inicialmente arena, se lo deberá
hacer producir inicialmente con bajo caudal a una capacidad reducida para lentamente
retirar la arena.
64
FIGURA 32. TRAZO DE CORRIENTE DE UN SISTEMA QUE ARRANCA,
BOMBEA ERRATICAMENTE POR UN CORTO PERIODO Y LUEGO
BOMBEO NORMALMENTE
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
3.4.12 INTENTOS DE EXCESIVOS DE ARRANQUE MANUAL
La siguiente carta muestra el trazo de corriente de un sistema que funcionaba
normalmente hasta que ocurrieron fluctuaciones. Finalmente, la unidad se detuvo
debido a una sobrecarga. Arranques manuales fueron intentados. Si un arranque manual
falla bajo estas condiciones, la unidad deberá ser verificada por un técnico calificado. In
este caso, fluctuaciones de la alimentación causaron el paro del sistema. Cuando el
motor no arranca, otras áreas deberán ser investigadas. Por ejemplo, si una fase del
primario se quemó, la unidad intentará arrancar en condición monofásica,
inmediatamente parándose. Este tipo de intento de arranques eventualmente destruirá el
equipo.
65
3.4.13 CONDICIÓN DE CARGA ERRÁTICA
La siguiente figura muestra el trazo de corriente de un sistema de comportamiento
errático. Este tipo de comportamiento es usualmente producido por fluctuaciones en la
gravedad específica o grandes cambios en la presión de superficie. En esta figura, el
sistema finalmente se detiene debido a una sobrecarga y no arrancó automáticamente.
Algunos resultados típicos o causas simultáneas de una falla por sobrecarga de este tipo
son una bomba congelada, un motor quemado, un cable quemado o fusibles quemados.
No se deberá intentar un arranque manual hasta que el sistema sea minuciosamente
inspeccionado por un técnico y la causa determinada.
FIGURA 33. TRAZO DE CORRIENTE DE UN SISTEMA DE
COMPORTAMIENTO ERRÁTICO
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
CAPÍTULO IV
66
CAPÍTULO IV
4 DISEÑO DEL SISTEMA
Para la aplicación del power tráiler debemos simular los equipos con los cuales
podemos aplicar este proyecto.
4.1 DATOS PARA EL DISENO DEL EQUIPO
La selección de una unidad de bombeo electrosumergible, en la mayoría de las
condiciones, no es una tarea difícil, especialmente si los datos son confiables. Para
nuestra aplicación tomaremos datos de pozos adyacentes.
A continuación se halla la lista de datos requeridos para un buen diseño de un
equipo electrosumergible:
4.1.1 DATOS DEL POZO.
1. Tamaño de la tubería de revestimiento y su peso.
El tamaño de la tubería de revestimiento es con la cual se completa el pozo que
puede ser de 13 3/8”, 9 5/8”, 7”, y 5 ½”.
2. Profundidad de asentamiento de la tubería de revestimiento (vertical y
medida).
Es a la profundidad a la cual vamos a llegar con tubería 9000 ft (pies), 10000ft,
etc.
3. Tamaño, tipo y conexión de la tubería de producción (nueva o usada).
Los tipos de tubería puedes ser tipo A, B nueva o usada quiere decir, y las
conexiones si son NewVam, Atlas, etc.
67
4. Intervalo de perforaciones del pozo, con disparos o abierto.
Es la distancia que esta disparado el pozo quiere decir que tenemos en la zona de
interés disparado 20, 10 , 5 ft dependiendo del programa.
5. Profundidad de asentamiento de la bomba, (medida y vertical).
A la altura que vamos a asentar la bomba, esto depende de la presión de fondo
fluyentey que la bomba no quede a la altura de las perforaciones y debajo del
nivel de fluido, como vimos en el capitulo anterior.
4.1.2 DATOS DE PRODUCCIÓN.
1. Presión de la tubería de producción en la cabeza del pozo.
La presión que tendremos en la superficie de la tubería de revestimiento mejor
conocido como caising.
2. Presión en la tubería de revestimiento en la cabeza de pozo.
La presión que tendremos en la superficie de la tubería de producción mejor
conocido como tubing.
3. Nivel de producción de ensayo del pozo.
La cantidad de fluido que el pozo va a producir.
4. Nivel de fluido y/o presión de fondo fluyente.
La presión que ejerce el yacimiento hacia el pozo perforado.
5. Nivel de fluido estático y/o presión estática de fondo de pozo.
La presión constante que tendremos en el pozo.
6. Profundidad de referencia.
La profundidad tomada de un pozo similar.
7. Temperatura en el fondo del pozo.
68
8. Caudal de flujo deseado.
La cantidad de fluido que se espera extraer o tener en superficie.
9. Relación gas - aceite (prod GOR y Rs).
La cantidad de gas que vamos a tener en el fluido extraído a superficie.
10. Presión del punto de burbuja.
La presión en la cual el fluido se convierte en gas.
11. Corte de agua.
La cantidad de agua que vamos a tener en el fluido extraído a superficie.
4.1.3 CONDICIONES DEL FLUIDO DEL POZO
1. Gravedad específica del agua.
2. Gravedad específica o API del petróleo.
3. Gravedad específica del gas.
4. Presión del punto de burbuja del gas.
5. Viscosidad del petróleo.
4.2 DISEÑO DEL POZO EDY K 129
El diseño del pozo se lo debe hacer siguiendo los siguientes parámetros.
4.2.1 DATOS DEL POZO
Tubería de Revestimiento: 7 pulgadas de diámetro exterior, peso 23
lbs/pie (7” OD 23#)
Tubería de producción: 2-7/8 pulg. de diámetro exterior, 8 Rd, EUE,
nuevo
69
Intervalo de perforaciones: 5300 a 5400 pies de profundidad (vertical).
Profundidad de asentamiento de la bomba: 5200 pies (medido y vertical).
4.2.2 DATOS DE PRODUCCIÓN:
Presión de tubería. de producción en cabeza de pozo: 150 psi
Caudal de ensayo: Q = 900 BPD
Prof. de referencia: 5350 pies.
Presión de fondo fluyente de ensayo: Pwf = 985 psi
Presión de fondo estática: Pr = 1,650 psi
Temperatura de fondo de pozo: BHT = 180 °F
Relación gas petróleo: No hay
Corte de agua: W.C. = 90%
Producción deseada: 2,000 stb/d (tanque)
4.2.3 CONDICIONES DEL FLUIDO DEL POZO:
Peso específico del agua: 1.02
Gravedad API del aceite: 30° (0.876)
Peso específico del gas: No hay
Punto de burbuja del gas: No hay
Viscosidad del aceite: No se conoce
4.2.4 SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA:
Voltaje primario disponible – 7,200 / 12,470 volts
Frecuencia -- 60 Hz
Capacidad de la fuente de energía -- Sistema estable
70
4.2.5 DETERMINAR LA PRESIÓN DE ENTRADA DE LA BOMBA (PIP):
La presión de entrada de la bomba al flujo deseado puede ser calculada a partir de
las condiciones de producción presentes. Como el corte de agua es muy alto y el
GOR no se conoce, el índice de productividad constante dará, muy probablemente,
resultados satisfactorios.
Cálculo del Índice de productividad (PI constante)
ECUACIÓN 9
PI = Q
P - Pr wf
Donde:
Q = Caudal de prueba
Pr = Presión Estática del yacimiento
Pwf = Presión Fluyente o Dinámica al caudal Q
PI = 900 bpd
1,650 psi - 985psi
PI = 1.353 bpd / psi
El caudal máximo de producción del pozo (a Pwf = 0 psi) es el siguiente:
Q = PI (P - 0)max r
Q = 1.353 (1,650 psi - 0)max
Qmax = 2,233 bbl/d
Luego, hallar la presión fluyente del pozo (Pwfd) al caudal deseado 2.000 bpd (Qd):
P = P - Q
PIwf rd
71
P = 1,650 psi - 2,000 bpd
1.353 bpd / psiwf
Pwf = 171.8 psi
FIGURA 34. CURVA DEL COMPORTAMIENTO DEL POZO
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 500 1000 1500 2000 2500
Caudal de flujo (qo), stb/d
Pre
sió
n d
e fl
ujo
(P
wf)
, psi
g
PI constante
qomax = 2,233 stb/d
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
La presión de entrada de la bomba se puede determinar corrigiendo la presión de
fondo fluyente del pozo por la diferencia entre la profundidad de asentamiento de la
bomba y la profundidad de referencia y considerando la pérdida por fricción en el
espacio anular de la tubería de revestimiento.
Como la bomba está asentada sobre las perforaciones, la pérdida por fricción debido
al flujo en el revestimiento desde las perforaciones hasta la profundidad de
asentamiento de la bomba será despreciable en comparación con la presión dinámica
y puede ser ignorada. Además, como hay agua y aceite en el fluido producido, es
necesario calcular la gravedad específica compuesta de los fluidos producidos.
72
La gravedad del fluido
ECUACIÓN 10
(SGL) = (SGPetróleo x % Petróleo) + (SGAgua x % Agua)
(SGL) = (1.02 x 0.9) + (0.876 x 0.1) = 1.01.
Donde:
SGL: gravedad especifica del fluido
SGPetróleo : gravedad especifica del petróleo
% Petróleo: porcentaje de petróleo
SGAgua : gravedad especifica del agua
% Agua. Porcentaje de agua
La diferencia entre la profundidad de referencia (5.350') y la profundidad de
asentamiento de la bomba (5.200') es de 150 pies. Para calcular la presión de
entrada de la bomba (PIP) podemos convertir esta diferencia de 150 pies a psi y
restarla de la presión de flujo del pozo (Pwfd), calculada anteriormente para el caudal
deseado de 2.000 bpd:
ECUACIÓN 11
PIP = P - (Prof. de referencia - Prof. de la bomba) SG
2.31 ft / psiwfL
PIP = 171.8 psi - (5,350 ft - 5,200 ft) 1.01
2.31 ft / psi
PIP = 106.2 psi
Donde
PIP: presión de entrada de bomba
73
Pwf. : Presión de fondo fluyente
SGL. Gravedad especifica del fluido
2.4.6 COLUMNA DINÁMICA TOTAL (TDH)
Es la altura total requerida para bombear la capacidad de fluido deseada.
FIGURA 35. TDH
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
Esta altura hace referencia al trabajo requerido para levantar una la columna vertical
de fluido determinada, desde la descara de la bomba hasta la superficie. Tomando en
cuenta el tipo de bomba empleada, el valor de TDH es usado para calcular el
número de etapas necesarias para levantar la columna de fluido. La columna
dinámica total se calcula de la siguiente forma:
ECUACIÓN 12
TDH = Hd + Ft + Pd
Hd : Distancia vertical entre la cabeza del pozo y nivel estimado de producción.
74
H = Prof. vertical de la bomba - PIP 2.31 ft / psi
SGLd
o también:
H = Prof. vertical de referencia - P 2.31 ft / psi
SGdwf
L
H = 5,350 ft - 171.8 2.31 ft / psi
1.01d
Hd = 4,957.1 ft
Ft : Perdida por fricción en la tubería. Se determina usando la fórmula Hazen –
Williams
Viendo en la tabla 10 para T.P. nueva de 2 7/8 “ a 2.000 BPD (31 pies/1.000).
F = 5,200 ft 31 ft
1,000 ftt
Ft = 161.2 ft
Pd : Presión necesaria para superar la presión existente en la línea de flujo (presión
deseada en la cabeza del pozo).
La presión de tubería en la cabeza de pozo requerida es 150 psi. Convirtiendo
a altura de columna (pies):
P = Presión (psi) 2.31 ft / ps
SGdL
P = 150 psi 2.31 ft / psi
d
101.
Pd = 343.1 ft
75
TABLA 10 GRÁFICA DE PÉRDIDA POR
FRICCIÓN
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
En resumen: Hd = 4,957 ft
Ft = 161 ft
Pd = 343 ft
Columna Dinámica Total (TDH) = 4,967 ft + 161 ft + 343 ft
TDH =5,461 pies
4.3 BOMBA SELECCIONADA
El tipo de bomba 2200. El rango óptimo de operación de esta bomba se extiende
desde 1,500 bbl/d hasta 2000 bbl/d a 60Hz.
Tenemos la curva de desempeño de la bomba correspondiente a 60 Hz para la
bomba tipo 2200. Utilizando la curva de desempeño encontrar, a la tasa de
76
producción deseada de 2000 bpd, la altura de columna por etapa (49.7 ft/etapa) y el
consumo de potencia por etapa (1.09 bhp/etapa).
FIGURA 36. EFICIENCIA DE LA BOMBA A 60
Hz
RANGO DE OPERACION
EFICIENCIA DE LA BOMBA
ALTURA DE COLUMNA
POTENCIA AL FRENO (BHP)
ALTURA DECOLUMNA (ft)
60HERTZ
RPM @ 60 Hz = 3500, Graveda especifica = 1.00Bomba electrosumergible de Centrilift
Serie 513
FUENTE : Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
Determinar el número de etapas requeridas para la bomba en esta aplicación
ECUACIÓN 13
No. Etapas = Altura Dinámica Total
Altura / etapa
No. Etapas = 5,460 ft
49.7 ft / etapa = 110 Etapas
Una vez determinado el número de etapas, podemos calcular la potencia al freno de
la bomba (BHP), tal y como sigue:
BHP = BHP/Etapa x Número de etapas x SGL
77
La potencia al freno por etapa para la bomba 2200 es igual a 1.09 BHP/etapa.
BHP = 1.09 BHP/etapa x 110 etapas x 1.01 = 121 BHP
4.4. CABLE DE POTENCIA SELECCIONADO
El tamaño adecuado del cable depende de factores combinados de caída en el
voltaje, amperaje y espacio disponible entre las uniones de la tubería de producción
y la tubería de revestimiento.
Se recomienda que, para el amperaje del motor seleccionado y la temperatura de
fondo de pozo dada, la selección de un tamaño de cable sea tal de asegurar una caída
de voltaje de menos de 30 voltios por 1,000 pies para asegurar la capacidad de
transporte de corriente del cable. Sin embargo, para los pozos profundos se
recomienda buscar una caída de voltaje en el cable menor que el 15% del voltaje de
placa del motor. Si la caída de voltaje es entre el 15% y el 19% se podrá requerir de
un controlador de velocidad variable. Por encima del 19% comunicarse con el
fabricante de la bomba sumergible para realizar un estudio especial. Si la caída del
voltaje es demasiado baja, el par de arranque puede resultar en la rotura del eje.
Considerar el uso de un VSD si la caída del voltaje en el cable es menos del 5%.
Ingresando la corriente del motor (35 Amps) y la temperatura de fondo de pozo
(180° F) se encuentra que la temperatura de funcionamiento del cable es de 193° F.
Se seleccionar el cable en base a esta temperatura de operación.
Seleccionaremos el cable Nº 4 que tiene una caída de voltaje de 16 volts/1.000 pies
a 68°F. Añadiendo 200 pies de cable para las conexiones de superficie, y
corrigiendo para 193°F de temperatura en el conductor, la caída de voltaje será:
Caida de Voltaje = 16 volts 5,400 ft 1.267
1,000 ft = 110 Volts
78
La caída de voltaje calculada es igual al 5% del voltaje de placa, por lo tanto es
seguro decir que la unidad arrancará utilizando un panel de control estándar.
FIGURA 37. PÉRDIDA DE VOLTAJE EN EL CABLE
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
79
FIGURA 38. TEMPERATURA VS CORRIENTE
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
Debemos determinar el voltaje de superficie requerido, que es igual al voltaje de
placa del motor más la caída del voltaje:
Voltaje de superficie = 2,145 volts + 110 volts = 2,255 volts
Ahora se puede calcular los KVA del sistema con la ecuación:
KVA = Voltaje en superficie Amperios del motor 1.73
1000
KVA = 2,255 volts 35 amps 1.73
1000
= 137 KVA
80
4.5 DISEÑO DEL VARIADOR DE FRECUENCIA PARA EL POWER TRAILER
Todos fueron diseñados para funcionar a velocidad constante (60 Hz).
Al usar un Variador de Frecuencia (VSD) para cambiar la velocidad operacional de
una bomba electrosumergible, las características de desempeño de la bomba
cambiarán respectivamente a los diferentes pozos. Estos cambios se pueden
predecir mediante el uso de las Leyes de Afinidad, las cuales gobiernan el
desempeño de la bomba centrífuga a medida que ocurren cambios en la velocidad de
operación. Cuando se aplican a cada punto sobre una curva de desempeño altura de
columna-caudal, estas leyes demuestran como con cambios de velocidad de
operación:
la capacidad es directamente proporcional a la velocidad;
la altura de columna generada es proporcional al cuadrado de la velocidad;
la potencia al freno es proporcional al cubo de la velocidad;
y la potencia generada por el motor es directamente proporcional a la velocidad.
La relación matemática entre estas variables se puede ilustrar de la siguiente forma:
ECUACIONES 14
Q2 = Q1
N
N2
1
H2 = H1 N
N2
1
2
BHP2 = BHP1 N
N2
1
3
MHP2 = MHP1 N
N2
1
81
Donde:
Q1, H1, BHP1, MHP1 y N1 = Valores iniciales de:
Caudal de producción,
Altura de columna,
Potencia al freno,
Potencia generada por el motor y Velocidad.
Q2, H2, BHP2, MHP2 y N2 = Valores nuevos de: Caudal de producción, Altura de
columna, Potencia al freno y Velocidad.
Para poder operar el power tráiler se debe tener lo siguiente del pozo.
1.- Obtener y analizar los datos de operación del equipo (motor).
2.- Definir los rangos de producción (barriles por día) para el gasto mínimo y máximo,
la profundidad de asentamiento de la bomba y las presiones de entrada de la bomba, o
los niveles de fluido, para los niveles de producción deseados.
3.- Calcular el volumen de aceite, de gas libre y de agua en la entrada de la bomba
utilizando los datos de ensayo o las correlaciones de flujo multifásico que mejor se
ajusten a sus condiciones.
4.- Calcular la columna dinámica total requerida (TDH) para el caudal de producción
mínimo y el máximo, igual a la suma de la altura neta de columna, la pérdida por
fricción y la presión de descarga en la cabeza de pozo. Si los datos están disponibles,
determinar la presión de descarga de la bomba utilizando correlaciones de flujo
multifásico y los datos de PVT.
5.- Basándose en las curvas de desempeño de la bomba con Variador de Frecuencia
(VSD), seleccionar una bomba que quepa en el revestimiento del pozo y que el rango de
82
producción en la entrada de la bomba permanezca dentro de los rangos de capacidad
recomendados para la bomba, a la frecuencia deseada.
Desde la curva de desempeño, determinar la altura / etapa y la potencia al freno /
etapa a la frecuencia de operación máxima deseada. Calcular el número de etapas
requeridas para proporcionar la altura dinámica total, que es igual a la altura
dinámica total dividido por la altura generada por etapa a la frecuencia máxima de
operación.
Luego, determinar la altura / etapa desarrollada para el caudal mínimo deseado:
Altura minima / Etapa = TDH mínimo
No. etapas
Utilizando la mínima altura / etapa y el caudal de flujo mínimo deseado en la
succión de la bomba, localizar la frecuencia de funcionamiento en la curva de
desempeño de la bomba. Revisar para asegurarse de que el punto está dentro del
rango de operación recomendado para la bomba.
Resuelva el requerimiento máximo de potencia al freno (BHP) de la siguiente
forma:
BHP Máximo = BHP / etapa @ 60 Hz No. etapas Hz Máximo
60 Hz S.G.
3
La potencia requerida equivalente a 60 Hz puede ser determinada como sigue:
BHP Equivalente @ 60 Hz = BHP Máximo 60 Hz
Hz Máximo
6.- Basado en la información técnica proporcionada por el fabricante, seleccionar el
tamaño y modelo apropiado de la sección de sello y determinar los requerimientos
de potencia para la bomba y la sección del sello. El motor seleccionado debe ser lo
83
suficientemente grande para soportar la carga máxima sin afectar su vida
operacional.
7.- Utilizando los datos técnicos proporcionados por el fabricante de las bombas
electrosumergibles determinar si se excede alguna de las limitaciones técnicas.
8.- Seleccionar el cable de potencia, determinar las pérdidas de voltaje como se
describió anteriormente y calcular el voltaje en superficie como sigue:
Voltaje en Superficie = Voltaje del motor Hz Máximo
60 Hz + Caida de voltaje en el cable
9.- Calcular los KVA y seleccionar los accesorios y otros equipos como en los
anteriores.
Y para esto aplicaremos al pozo EDY K136
4.5.1 DATOS DEL POZO.
Tubería de revestimiento -- 7 in. O.D., 32 lbs/ft.
Tubería de producción -- 3-1/2 In. O.D. External Upset 8 Rd. (nuevo)
Profundidad del intervalo de perforaciones (vertical) -- 6,500 - 6,700 ft.
Profundidad de Asentamiento de la Bomba -- 5,500 ft. (vertical)
Profundidad de Asentamiento de la Bomba - 6,000 ft. (medida)
4.5.2 DATOS DE PRODUCCIÓN.
Presión en la cabeza del Pozo: 125 psi
Profundidad de Punto de Referencia (vertical): 6,600 ft.
Presión Estática en el Fondo del Pozo: Pr = 2950 psi
Índice de Productividad: PI = 2.5 bpd/psi
84
Temperatura del Fondo de Pozo: 180° F
Relación gas – petróleo: GOR = 1
Corte de Agua: W.C. = 75%
Rango Deseado de producción en el Tanque: 3,000 stb/d a 5,000 stb/d
4.5.3 CONDICIONES DEL FLUIDO DEL POZO.
Gravedad Específica del Agua: 1.08
Gravedad API del Aceite: 32° (0.865)
Gravedad Específica del Gas: Yg = 0.65
Presión de burbuja: Pb = 14.7
Viscosidad del Aceite: No Disponible
4.5.4 FUENTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA.
Voltaje Primario Disponible: 480 volts
Frecuencia: 60 Hertz
Capacidad de la Fuente de alimentación: Sistema Estable, Suficiente.
4.5.5 DETERMINAR LA PRODUCTIVIDAD DEL POZO:
El rango de producción es de 3,000 bpd a 5,000 bpd y la profundidad de
asentamiento de la bomba es conocida. La productividad del pozo ha sido definida
con un PI de 2.5 bpd/psi.
Resolver la nueva presión dinámica (Pwfd ) al nivel de producción deseado (Qd )
P = P - Q
PIwfd rd
85
Pwfd @ Mínimo Caudal Deseado Pwfd @ Máximo Caudal Deseado
P = 2,950 psi - 3,000 bpd
2.5 bpd / psiwf
Pwf = 1,750 psi
P = 2,950 psi - 5,000 bpd
2.5 bpd / psiwf
Pwf = 950 psi
La presión de entrada de la bomba puede ser determinada corrigiendo la presión
dinámica del fondo del pozo con la diferencia entre la profundidad de asentamiento
de la bomba y el punto de referencia, y considerando la pérdida por fricción en el
espacio anular del revestimiento.
Es necesario encontrar la gravedad específica compuesta del fluido producido
(SGL) utilizando los datos disponibles.
SGL = (0.75 x 1.08) + (0.25 x 0.865) = 1.03
La caída de presión, debido a la diferencia en la profundidad de referencia y la
profundidad de asentamiento de la bomba, puede ser determinada (suponiendo que
no hay pérdida de fricción en el revestimiento), y la presión de entrada de la bomba
(PIP) a un rango de gasto mínimo y máximo se puede calcular como sigue:
PIP = P -
profundidad de referencia - profundidad de la bomba SG
2.31 ft / psiwfdL
PIP @ Mínimo Caudal Deseado PIP @ Máximo Caudal Deseado
PIP Mín = 1750 psi -
6,600 ft - 5,500 ft SG
2.31 ft / psi
PIP Máx = 950 psi -
6,600 ft - 5,500 ft SG
2.31 ft / psi
86
PIP Mín. = 1,260 psi
PIP Máx. = 460 psi
Columna dinámica total (TDH): Se dispone ahora de suficientes datos para
determinar los requerimientos de altura dinámica total para un rango de gastos
deseados, mínimos y máximos.
TDH = Hd + Ft + Pd
Hd Distancia vertical entre la cabeza del pozo y nivel estimado de producción.
H = Prof. vertical de la bomba - PIP 2.31 ft / psi
SGLd
Hd @ Mínimo Caudal Deseado Hd @ Máximo Caudal Deseado
H = 5,200 ft -1,260 psi 2.31 ft / ps
1.03d
Hd = 2,670 ft
H = 5,200 ft -460 psi 2.31 ft / ps
1.03d
Hd = 4,468 ft
Ft Perdida por fricción para la tubería de 3 ½” (nueva). Utilizando la figura 4-16. La
pérdida por fricción es:
Para 3,000 bpd = 30 ft/1,000 ft
Para 5,000 bpd = 75 ft/1,000 ft
F = Prof. medida de la bomba Pérdida por fricción
1,000 ftt
FL @ Mínimo Caudal Deseado FL @ Máximo Caudal Deseado
F = 6,000 ft 30 ft
1,000 ftL
FL = 180 ft
F = 6,000 ft 75 ft
1,000 ftL
FL = 450 ft
87
Pd Presión necesaria para superar la presión existente en la línea de flujo (presión
deseada en la cabeza del pozo).
La presión de tubería en la cabeza de pozo requerida es 1250 psi. Supondremos que
la presión de descarga en la cabeza de pozo es la misma para los diferentes niveles
de producción. . Convirtiendo a altura de columna (pies):
P = Presión (psi) 2.31 ft / ps
SGdL
P = 125 psi 2.31 ft / psi
d
103.
Pd = 280 ft
En resumen:
Mínimo Caudal Deseado (q=3000
bpd)
Máximo Caudal Deseado (q=5000
bpd)
Hd = 2,674 ft Hd = 4,468 ft
Ft = 180 ft Ft = 450 ft
Pd = 280 ft Pd = 280 ft
TDH = 3,134 ft TDH = 5,198 ft
4.5.6 SELECCIÓN DE LA BOMBA.
Como tenemos muchas opciones disponibles, nuestro criterio de selección es buscar
una bomba que quepa en el revestimiento y que el máximo caudal (5.000 BPD) se
produzca a 70 Hertz y que esté cerca al punto de máxima eficiencia (BEP). La
bomba 4100 satisface estas condiciones.
88
FIGURA 39. CURVA CARACTERISTICA PARA UNA BOMBA
4100
Altura de columna (ft)
RPM Variable, Gravedad especifica = 1.00 GC 4100, Serie 513
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
Luego, seleccionar la altura / etapa desde la curva en éste punto, se leerá 56
pies/etapa. Con la columna dinámica total máxima de 5,198 pies, encontrar el
número de etapas de la bomba:
No. de etapas = TDH
Altura por etapa
No. de etapas = 5,198 ft
56 ft / etapa
No. de etapas = 93
Para revisar el punto mínimo del requerimiento hidráulico, dividir la columna
dinámica total mínima (3,134 pies) por el número de etapas seleccionadas.
TDH min. / etapa = 3,134 ft
93 etapas
89
TDH min. = 34 ft / etapa
Al graficar el TDH / etapa mínima (34 pies) y el caudal mínimo (3,000 bpd) en la
curva de desempeño de la bomba 4100 obtendremos la mínima frecuencia de
funcionamiento de 51 Hertz. Como podemos ver, este punto se encuentra dentro del
rango de operación de la bomba seleccionada.
Luego, usando la curva del Variador de Velocidad para la bomba 4100 buscar los
HP al freno / etapa a 70 Hz (2.9 HP/etapa). Para calcular los HP al freno a la
máxima frecuencia:
BHP @ Max. Hz = BHP/etapa @ 70 Hz. x No. etapas x S.G.
BHP @ Max. Hz = 2.9 BHP/etapa x 93 etapas x 1.03
BHP @ Max. Hz = 278 BHP
Para calcular los HP al Freno equivalentes de la bomba para 60 Hz
BHP @ 60 Hz = BHP @ Hz Max 60 Hz
Hz Max
BHP @ 60 Hz = 278 HP 60 Hz
70 Hz
BHP @ 60 Hz = 238 BHP
4.5.7 SELECCIÓN DEL CABLE DE POTENCIA:
Seleccionar la corriente del motor y la temperatura del conductor. Basado en la
corriente del motor (60 amps) y la temperatura del conductor a 180°F (Temperatura
del pozo vs. Corriente), puede usarse el cable número 2 AWG. Añadiendo 200 pies
para las conexiones de la superficie, la caída de voltaje en cable es:
Caída de voltaje en el cable = 21.8 volts 1.3 6,200 ft
1,000 ft
90
Caída de voltaje en el cable = 175.71 volts
Calcular el voltaje requerido en la superficie (VS) a la máxima frecuencia de
operación:
VS = Voltaje del motor Hz Max
60 Hz + Caída de voltaje
VS = 2,305 volts 70 Hz
60 Hz + 175.71 volts
VS = 2,865 volts
Calcular los KVA para seleccionar el tamaño del equipo de superficie.
KVA = VS Amps. del motor 1.73
1 000,
KVA = 2,865 volts 60 Amps 1.73
1 000,
KVA = 297
4.6 CONSTITUCIÓN DEL POWER TRAILER
El power tráiler será construido para trabajar con equipos de bombas que fluctúan entre
725 y 10000 bpd y con motores de 100 hp hasta 1200 hp.
Después de haber realizado dos ejemplos de los pozos EDY K129 y EDY K 136, que
son los que generalmente se trabaja en el bloque determinamos que utilizaremos para el
power trailer los siguientes equipos.
91
FIGURA 40. POWER TRAILER
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
La conexión se la realizara desde el transformador reductor de 13000 volt a 480 volt el
cual va a la caja de conexiones.
Con la salida de la caja de conexiones nos conectamos a un variador de frecuencia de
815 KVA este nos permitirá tener un rango de potencia amplia para cualquier
aplicación.
92
FIGURA 41. VARIADOR DE FRECUENCIA
FUENTE: Bombeo electrosumergible. AUTOR: Eduardo Juárez Ruales
Un controlador Uniconn el cual nos va a permitir el control de la velocidad de arranque
y parada del pozo, adicionalmente utilizaremos una manómetro para la carta
amperométricas la cual nos va a determinar la corriente a la cual esta trabajando el
motor de fondo, cabe recalcar que la corriente no debe pasar de la placa nominal.
Para la transmisión de voltaje que será 2865 volt que es el dato de nuestro pozo,
tendremos un transformador elevador de 600 KVA y estará colocado con un tap de Sw
1 Pos 2 (2858 Volt) lo que transmitiremos al motor de fondo.
Para la aplicación de los pozos los cuales vamos a producir según los datos unos 4000
bpd tomando en cuenta que producción neta tenemos un 40% de BSW a un precio
actual de 85,38 dólares tendremos lo siguiente, una trabajo del variador de frecuencia de
80dias y los equipos un lugar sin cubierta esto nos producirá el taponamiento de los
ventiladores esto producirá el incremento de la temperatura interna del variador lo para
93
lo cual será necesario un mantenimiento preventivo la actualización del controlador, y
posible cambio de partes internas del variador.
Si la para del equipo se la realiza normalmente sin cambio de tarjetas ni actualización
será de dos horas, si el variador amerita el cambio de algún tarjeta u otra parte que no se
a determinando aun se tomar entre 4 a 8 horas.
Si tomamos en cuenta esta posibilidad diremos que la utilización del power tráiler en el
peor de los caso será utilizado entre 6 a 8 horas; ahora comparamos en precios la
producción neta será de 2400bpd, a un precio de $85.38 tendremos una ganancia de
$204,912.00 dólares al día, la producción por hora será de 100 bph con una ganancia de
$8,538.00 dólares tomado en cuanta el trabajo en el variador la perdido por las 8 horas
será de $68,304.00 dólares a una inversión de $1,200.00 dólares la horas que es la renta
del power tráiler tendremos una inversión de $9,600.00 vs $68,304.00 que inicialmente
costaba parar los equipos por mantenimiento.
CAPÍTULO V
94
CAPÍTULO V
5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
El power tráiler será una herramienta útil para disminuir las pérdidas que existen
en la operación de los pozos, como hemos revisado durante toda nuestra carrera
la prevención de actividades que eleven los costos de producción son claves para
ser eficientes, productivos al menor costo posible.
Éste equipo es diseñado para suplir la necesidad de energía en el momento de
realizar mantenimiento a un variador o transformador que se encuentran dañados
o simplemente que requieren mantenimiento, su arreglo puede durar desde 4
horas en adelante y representa la pérdida de barriles, el power tráiler a un bajo
costo permitirá mantener la producción sin pérdida alguna.
El power tráiler en un día puede ahorrar por pozo en cada hora USD$9.180 , esto
lo obtenemos del siguiente cálculo: si un pozo tiene una producción diaria de
2.600 bl / 108 bl por hora, en 4 horas min de mantenimiento representa 432 bls
que al precio de Usd85 c/bl se convierte en Usd$ 36,720, prácticamente con
estos datos concluimos en la eficiencia y eficacia del power tráiler, que más que
un equipo para superficie se puede convertir en una herramienta perfecta para el
control de la operación sustituyendo los costos a última hora e imprevistos que
suceden normalmente en nuestra actividad.
95
En el capítulo anterior se hace un balance de la inversión y costo que
representaba parar los equipos por mantenimiento, antes del Power Trailer el
costo era de más de $60,000.00 diarios considerando 8 horas de trabajo y la
cantidad de barriles al precio comercial, ahora con el power tráiler la inversión
de $9,000.00 aprox por mismo tiempo de trabajo, sin cuantiosas pérdidas en la
producción que finalmente se traduce a la cantidad de barriles extraídos.
El uso de Power tráiler no requiere de entrenamiento adicional al que se
proporciona a los técnicos que realizar el mantenimiento de los equipos de
superficie, por lo que no representa un costo adicional en su inserción al campo.
El costo del Power tráiler es realmente insignificante frente al costo habitual en
la perdida de producción.
Un power tráiler, puede ser útil para varios pozos, inclusive una locación podría
tener un equipo que alimente a todos sus pozos, su utilidad es tan amplia que
puede coordinado y también servir para emergencias.
El tiempo de producción del power tráiler con todos los equipos locales no debe
superar 8 – 10 días, debido a que su ágil conexión y su diseño de montaje es
fácil y práctico.
96
5.2 RECOMENDACIONES
El power tráiler debe servir como una herramienta para programar
mantenimientos de equipos de superficie que conlleven un tiempo considerable
de no más de 48 horas, caso contrario perdería su funcionabilidad y
adaptabilidad móvil que es el fin de su operación.
Este equipo debe ser considerado dentro de la planificación del mantenimiento
de los equipos de superficie, su costo es de 1.200 Usd la hora, que fácilmente
cubre toda operación y el ahorro considerable que su uso proporciona.
Una de las recomendaciones es tener un power tráiler cada 100 pozos que
puedan ser coordinados para aumentar su buen uso.
Es necesario considerar que el power tráiler tiene una vida útil que debe ser
alargada con un buen mantenimiento, cuidado en su uso y estricto seguimiento a
las normas de seguridad, con el tiempo puede ir mejorando este servicio
incluyendo otros equipos que se conviertan en móviles para suplir necesidades
en los pozos.
El power tráiler puede ser mejorado con otros equipos, a futuro es recomendable
mejorar la tecnología de los equipos ubicados en la plataforma, como todo en la
industria, el servicio debe ir a la vanguardia de los cambios tecnológicos.
97
Cuando el power tráiler se encuentre listo para operar siempre deberá tener una
aprobación directa de uso, ya que éste por ninguno motivo puede fallar a la hora
de brindar el servicio en el pozo, del buen uso y mantenimiento del power
tráiler dependerá la vida útil del equipo que no debe ser inferior a 10 años.
El mantenimiento del Power Trailer no supera los $500 - $1500 mensuales,
debido a que debe considerarse le mantenimiento normal de la plataforma, su
desgaste en llantas, cambios de filtros en el generador, aceites y demás de
desgaste regular y preventivo.
El Power tráiler debe ser adquirido por las empresas que brindan los servicios
de mantenimientos de los equipos, su costo debe ser asumido por las mismas
compañías de servicio que al momento de cotizar pueden incluir como un
servicio adicional el no parar el pozo en ningún momento, es decir cero
pérdidas en la producción.
Seguridad Industrial es parte importante y componente esencial de la realización
de esta tesis que promueve la producción de un power tráiler, con esto quiero
indicar que éste equipo reúne todas las características y exigencias de la
seguridad de las personas, el medio ambiente y seguridad de los mismos
equipos.
98
5.3 GLOSARIO DE TÉRMINOS
Daremos algunos detalles de los términos utilizados en esta tesis.
POTENCIA ELÉCTRICA
Es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad
de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado (p = dW /
dt). La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio o watt, que es lo
mismo.
Cuando una corriente eléctrica fluye en un circuito, puede transferir energía al hacer un
trabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de
muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor
eléctrico), sonido (altavoz) o procesos químicos. La electricidad se puede producir
mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por la
transformación de la luz en las células fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar
químicamente en baterías
CORRIENTE ALTERNA
(Abreviada CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente
eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la
corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal, puesto que se
consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas
aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la
cuadrada.
99
Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los
hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por
los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin
más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o
modulada) sobre la señal de la CA.
CORRIENTE CONTÍNUA
Corriente directa (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) es el flujo continuo
de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A
diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés), en la corriente continua
las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de
mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Aunque comúnmente se
identifica la corriente continua con la corriente constante, es continua toda corriente que
mantenga siempre la misma polaridad.
AMPERIO
Ampere (símbolo A), es la unidad de intensidad de corriente eléctrica. Forma parte de
las unidades básicas en el Sistema Internacional de Unidades y fue nombrado en honor
de André-Marie Ampère. El amperio es la intensidad de una corriente constante que
manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección
circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío,
produciría una fuerza igual a 2×10-7 newton por metro de longitud.
El amperio es una unidad básica, junto con el metro, el segundo, y el kilogramo:3 es
definido sin referencia a la cantidad de carga eléctrica. La unidad de carga, el culombio,
100
es definido, como una unidad derivada, es la cantidad de carga desplazada por una
corriente de un amperio en el tiempo de un segundo.
Como resultado, las corrientes eléctricas también son el tiempo promedio de cambio o
desplazamiento de cargas eléctricas. Un amperio representa el promedio de un culombio
de carga por segundo.
VOLTAJE
Tensión eléctrica o diferencia de potencial (en algunos países también se denomina
Voltaje) es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre
dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por
el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones
determinadas. Se puede medir con un voltímetro.3
La tensión es independiente del camino recorrido por la carga y depende
exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo eléctrico, que es
un campo conservativo.
Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se
producirá un flujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial
se trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una
fuente externa (generador), esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su
potencial eléctrico (ley de Henry). Este traslado de cargas es lo que se conoce como
corriente eléctrica.
101
Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un sólo punto, o potencial, se
refiere a la diferencia de potencial entre este punto y algún otro donde el potencial se
defina como cero.
PRESIÓN ATMOSFÉRICA
Es la fuerza ejercida en una unidad de área por el peso de la atmósfera. La presión a
nivel del mar es 14.7 psi.
PRESIÓN ABSOLUTA
Es la suma de la presión manométrica y la presión atmosférica. La presión absoluta en
un vacío perfecto es cero.
PIP
Es la presión de entrada necesaria para alimentar adecuadamente la bomba y evitar tanto
la cavitación como el bloqueo por gas. Esto también se conoce como A.N.P.S. (Altura
Neta Positiva de Succión) requerida. Este valor varía con las condiciones de fluido del
pozo, esta variable se discutirá luego en la sección de diseño de la bomba.
102
BIBLIOGRAFÍA
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http://www.monografias.com/trabajos63/bombeo-electrosumergible/bombeo-
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105
ANEXOS
ANEXO 1.- CORRIENTE ALTERNA
ANEXO 2.-CORRIENTE CONTINUA
106
ANEXO 3 TRANSFORMADOR
ANEXO 4 TRANSFORMADORES
107
ANEXO 5 VARIADOR DE FRECUENCIA
108
ANEXO 6 VARIADOR DE FRECUENCIA INTERNAMENTE
ANEXO 7 PLATAFORMA
109
ANEXO 8 TRANSFORMADOR
ANEXO 9 TAP DEL TRANSFORMADOR
110
ANEXO 10 CONSOLA CHOQUE
ANEXO 11 TORRE DE BRISTOR CONSOLA Y CAJA DE VENTEO