Sistemas Artificiales

Bombeo Hidroneumtico (Tieben)

Cuando existe una tasa de produccin en donde la energa con la cual el yacimiento produce los fluidos, es igual a la energa demandada por las instalaciones (superficiales y subsuperficiales) sin necesidad de utilizar fuentes externas de energa en el pozo. Se dice entonces que el pozo es capaz de producir por flujo natural. A travs del tiempo, en yacimientos que presentan un empuje hidrulico, los pozos comienzan a producir con altos cortes de agua, la columna de fluidos se har ms pesada y el pozo finalmente dejar de producir. Similarmente, en yacimientos volumtricos con empuje por gas en solucin, la energa del yacimiento declinar en la medida en que no se reemplacen los fluidos extrados trayendo como consecuencia el cese de la produccin por flujo natural. Cuando cesa la produccin del pozo por flujo natural, se requiere el uso de una fuente externa de energa para lograr conciliar la oferta con la demanda; la utilizacin de esta fuente externa de energa en el pozo con fines de levantar los fluidos desde el fondo del pozo hasta el separador es a lo que se le denomina un mtodo de levantamiento artificial o un Sistema Artificial de Produccin (SAP).

Los Sistemas Artificiales de Produccin (SAP) han demostrado ser una herramienta necesaria en los ltimos aos debido a la necesidad energtica en el mundo y por consiguiente al aumento de produccin de hidrocarburos, por lo que proyectos nuevos deben de ser llevados a cabo.

La produccin de hidrocarburos representa uno de los mayores ingresos econmicos en nuestro pas, y tomando en cuenta que la mayora de nuestros campos son maduros (definiendo como un campo maduro a aquel que ha alcanzado el pico de su produccin y comienza su etapa de declinacin) y a la creciente demanda de hidrocarburos que se busca satisfacer, el Ingeniero de Produccin se debe preguntar Qu hacer con el pozo?, cuando ste comienza a tener una declinacin en la produccin.

Es en esta etapa del pozo o situacin del yacimiento en la que un SAP puede ser implementado. Un SAP proporciona la energa necesaria a un pozo para que ste pueda vencer la contrapresin ejercida por la columna de fluidos sobre la formacin, y as restablecer o incrementar la produccin de hidrocarburos actual en el pozo y de sta manera la produccin del yacimiento.

Resumiendo: Un SAP se refiere a la utilizacin de una fuente externa de energa en el pozo con el fin de transportar la produccin desde el fondo del yacimiento hasta la superficie.

El objetivo principal de los SAP es el de optimizar tcnica y econmicamente la produccin del sistema yacimiento-pozo, maximizando las ganancias bajo un funcionamiento seguro y en un ambiente sano. A continuacin se presentan los pasos a seguir para la implementacin de ste tipo de sistemas:

1. Seleccin del sistema artificial de produccin. 2. Diseo del sistema artificial de produccin. 3. Implementacin del SAP en campo. 4. Monitoreo de los datos de produccin. 5. Monitoreo del funcionamiento del equipo. 6. Evaluacin Integral del SAP instalado

Existen factores que afectan a la seleccin algn SAP y de ellos depender el diseo e implementacin de uno u otro sistema, en donde estos factores sern la clave de la optimizacin tanto tcnica como econmica. A continuacin se enlistan estos factores:

Gasto de Flujo. Relacin Gas-Aceite (RGA). Porcentaje de Agua. Grados API y Viscosidad. Profundidad y Temperatura del Pozo. Condiciones de la Tubera de Revestimiento. Tipo de Pozo (Vertical o Desviado). Produccin de arenas, ceras, corrosin o emulsin. Tipo y Calidad de Energa disponible. Condiciones Ambientales. Infraestructura existente.

En general, todos los SAP utilizan una bomba instalada dentro del pozo que es accionada en forma mecnica, elctrica o hidrulica; con excepcin del llamado bombeo neumtico o gas lift, que utiliza la fuerza expansiva del gas para elevar el aceite. La seleccin del sistema depende de la viscosidad del aceite, de los tipos de profundidad del pozo, de la disponibilidad del gas y del anlisis del costo.

Clasificacin

Mecanismos de Recuperacin

Hasta 90s la operacin de los equipos de bombeo neumtico y mecnico se consideraban los ms eficientes utilizando las unidades de bombeo convencional, cuando lleg a Mxico una nueva unidad llamada tieben se llev a cabo una prueba en el ao de 1995 donde se evalu la eficacia de este mtodo que tan bueno resultados obtuvo en otros pases

En este tipo de unidades un sistema hidrulico proporciona el movimiento necesario ascendente y descendente para el funcionamiento de la bomba de fondo y consta de un cilindro hidrulico de efecto doble, una vlvula de control direccional de cuatro vas y una bomba maestra de engranes (Bomba Hidrulica). El sistema de balanceo hidroneumtico contrabalancea el peso de la sarta de varillas y consta de un cilindro hidrulico de efecto simple (acumulador), un paquete de tanques de nitrgeno y una bomba auxiliar de engranajes.

Es una unidad de bombeo alternativo para el movimiento de varillas, cuyo principio de funcionamiento es sobre la base de presiones hidrulicas compensadas debido a la compresin y expansin del nitrgeno (N2), este nitrgeno se encuentra dentro de un acumulador que soporta 2/3 de la carga total de la varilla pulida y remplaza a los contrapesos de la unidad de bombeo mecnico convencional.

El bombeo hidroneumtico se basa en un principio sencillo: La presin ejercida sobre la superficie de un fluido se transmite con igual intensidad en todas las direcciones. Aplicando este principio es posible inyectar desde la superficie un fluido a alta presin que va a operar el pistn motor de la unidad de subsuelo en el fondo del pozo. El pistn motor esta mecnicamente ligado a otro pistn que se encarga de bombear el aceite producido por la formacin. Los fluidos de potencia ms utilizados son agua y crudos livianos que pueden provenir del mismo pozo

Con el principio hidroneumtico se pueden levantar cargas de hasta 40,000 lbs en la varilla pulida, con una carrera efectiva mxima de 120 pg y con hasta ocho emboladas por minuto; stas pueden ser modificadas segn las necesidades de la operacin.

Ventajas

Desventajas:

Ahorros hasta del 50 % en el costo de adquisicin, debido a que es una unidad que viene completamente instalada. No se pueden utilizar en pozos con alto ndice de productividad.

Consumos de energa menores al 30% de las unidades convencionales. Su diseo solo lo limita a ser instalado en tierra.

Utilizacin de motor verstil Susceptible de presentar bloqueo por excesivo gas libre en la bomba. (No apto)

Ahorros hasta del 500% en reparaciones debido al costo de sus piezas y la disponibilidad de ellas En pozos desviados la friccin entre las cabillas y la tubera puede inducir a fallas de material.

Los componentes son fcilmente intercambiables, Fcil de instalar y transportar. Potencial para el desgaste de la sarta de varillas, el volumen de produccin decrece con el incremento de profundidad.

Posibilidad de trabajar a bajas velocidades aumentando la eficiencia del bombeo. No es posible utilizarlo en Offshore.

Reparaciones rpidas y pocas refacciones necesarias. No es operable para pozos direccionales.

Gracias al desarrollo de simuladores, hoy en da es muy fcil el anlisis y diseo de las instalaciones Problemas de Corrosin

Puede ser usado prcticamente durante toda la vida productiva del pozo. Las instalaciones de superficie presentan mayor riesgo, por la presencia de altas presiones.

La capacidad de bombeo puede ser cambiada fcilmente para adaptarse a las variaciones del ndice de productividad, IPR. Altos costos en la reparacin del equipo.

Puede producir intermitentemente mediante el uso de temporizadores o variadores de frecuencia conectados a una red automatizada.

Puede manejar la produccin de pozos con inyeccin a vapor.

Flexibilidad para ajustar la longitud de la carrera y la velocidad de bombeo.

Velocidad constante y operacin silenciosa y ahorro de energa.

Pueden ser usados en pozos profundos (+/- 18000 pies).

No requieren taladro para remover el equipo de subsuelo.

Varios pozos pueden ser controlados y operados desde una instalacin central de control

Puede manejar bajas concentraciones de arena.

ELEMENTOS DE LA UNIDA HIDRONEUMTICA (TIEBEN):

A) Paquete motriz (Vlvula direccional, Manifold, Bomba Maestra, Bomba Auxiliar, Tanque Piloto.)

B) Cilindro acumulador

C) Cilindro automotriz

D) Sensores

E)Pedestal

F)Varilla Pulida

G)Cabezal

Acumulador.- Es un cilindro con un pistn flotante en su interior, en el cual actan dos fluidos; aceite hidrulico y nitrgeno (N2) comprimido. El acumulador genera el efecto de los contrapesos.Cilindro actuador.- Es el cilindro que est compuesto por dos pistones adheridos a una varilla pulida, estos pistones generan tres cmaras en las cuales acta el aceite hidrulico.Motor.-Elemento que propicia la potencia necesaria a la bomba hidrulica.Bomba hidrulica.- Unidad provista de 130 cm, con una bomba simple o de 75 cm cuando se trata de una bomba doble.Tanque de aceite hidrulico.- Almacenador del aceite hidrulico con una capacidad de hasta 360 litros.Contenedor de nitrgeno (N2) Pedestal.- Torre de aproximadamente 7 m, en la cual se alojan los sensores para el cambio de direccin de la carrera y del elevador, los cuales estn unidos por la varilla de succin en uno de los extremos del cilindro actuador y en el otro extremo por la varilla pulida.

SISTEMA DE SEGURIDAD DE LAS UNIDADES DE BOMBEO MACNICO HIDRONEUMTICOSensor de separacin de la varilla pulida.- Este sensor se coloca al elevador, el cual se desliza por el pedestal. Estos sensores son magnticos por lo que se coloca un disco de metal sobre la grampa superior para que el sensor est actuando permanentemente, en el caso de que la varilla pulida se detenga, la separacin del sensor y el plato metlico no ser la misma, por lo que se detendr la unidad, hasta que la distancia del sensor-plato se restablezca.

Limitador de presin.- Esta limitante es regulado de acuerdo a la carga a levantar; al exceder esta limitante el equipo se detendr quedando asentada la falla.

Sensor de nivel de fluido hidrulico.- Cuando el nivel no es seguro para realizar una operacin el equipo se detendr.

Sensor de temperatura.- La temperatura no podr exceder los 65

DIAGRAMA ESQUEMATICO DE BOMBEO HIDRONEUMATICO (TIEBEN)