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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE TECNOLOGÍA EN PETRÓLEOS
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE TECNÓLOGO
DE PETRÓLEOS
“BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE (BES) COMO MÉTODO
DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL PARA LA
COMPLETACIÓN DEL POZO ANACONDA 2 UBICADO EN
EL ORIENTE ECUATORIANO”
AUTOR: CRISTIAN TRÁVEZ ÁLVAREZ
DIRECTOR: ING. PATRICIO JARAMILLO, MSC.
Quito, 2014
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2014
Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo CRISTIAN STALIN TRÁVEZ ÁLVAREZ, declaro que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para
ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las
referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de
Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional
vigente.
_________________________
Cristian Stalin Trávez Álvarez
C.I. 050329231-0
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “BOMBEO
ELECTROSUMERGIBLE (BES) COMO MÉTODO DE LEVANTAMIENTO
ARTIFICIAL PARA LA COMPETICIÓN DEL POZO ANACONDA 2
UBICADO EN EL ORIENTE ECUATORIANO”, para aspirar al título de
Tecnólogo de Petróleos, fue desarrollado por Cristian Stalin Trávez
Álvarez, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la
Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de
Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
__________________________
Ing. Patricio Jaramillo
DIRECTOR DEL TRABAJO
C.I.1701279315
DEDICATORIA
A Dios y a la Virgen María por haberme dado salud y vida para poder
realizar con éxito este proyecto de tesis.
A mi esposa María Rodríguez y a mis hijos Matías y Alejandra, que con
concejos, amor y cariño supieron guiarme para poder terminar la carrera.
A mis padres Nelson Trávez y Norma Álvarez por haber confiado en mí,
por su apoyo incondicional, por todo el amor y el cariño que me brindan, a
mi hermano que a su corta edad sabia darme concejos para no decaer en
cada momento difícil de mi vida, a mis abuelitos y a toda mi familia.
Al Ingeniero Klever Álvarez por el apoyo incondicional en mi vida
estudiantil y personal y por estar siempre pendiente de toda la familia.
A la Ingeniera Dalyz Álvarez por estar día a día apoyándome y
brindándome concejos para no decaer.
A mis amigos, por todo el apoyo que me brindaron para terminar mi
carrera, por los concejos que me supieron impartir en los momentos
difíciles de mi vida.
Cristian Stalin Trávez Álvarez
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios y a la Virgen por guiar mis pasos por el camino del
bien.
A mis padres, Nelson Trávez y Norma Álvarez por su apoyo incondicional,
por los consejos, y el esfuerzo que hicieron para terminar mi carrera.
Mi gratitud al Ingeniero Patricio Jaramillo, por todo el apoyo que me brindo
para poder terminar este proyecto de tesis con éxito.
Al Ing. Marco Corrales por darme la oportunidad de realizar mis prácticas
pre profesionales en la Empresa TREE OIL.
A todos cada uno de mis familiares, que de una u otra manera me
apoyaron para salir adelante con mi carrera universitaria.
Cristian Stalin Trávez Álvarez
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
RESUMEN ix
ABSTRACT xi
1.NTRODUCCIÓN. 1
1.1. OBJETIVO GENERAL 3
1.1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3
2. MARCO TEÓRICO 5
2.1.DESCRIPCIÓN DEL BES 5
2.1.1. TEORÍA DE OPERACIÓN DEL BES 5
2.1.2. COMPONENTES DE FONDO 6
2.1.3. COMPONENTES DE SUPERFICIE 6
2.2. COMPONENTES DE FONDO. 8
2.2.1 BOMBAS CENTRÍFUGAS 8
2.2.1.1. Tipos De Etapas 10
2.2.1.2. Tipos De Bombas Electro Sumergibles 12
2.2.1.3. Configuraciones De Bombas Electro Sumergibles 14
2.2.1.4. Diseños Mejorados 14
2.2.1.5. Selección De Una Bomba Electro Sumergible 15
2.2.2. INTAKES 17
2.2.3. SEPARADORES DE GAS 18
2.2.4. MANEJADORES DE GAS (ADVANCED GAS
HANDLERS AGH) 21
2.2.5. PROTECTORES 22
2.2.5.1. Funciones 22
2.2.5.2. Tipos Básicos de Protectores 23
ii
2.2.5.3. Laberinto .. 23
2.2.5.4. Sello Positivo ... 23
2.2.5.5.Protector Modular .... 24
2.2.5.6. Ciclos De Operación Del Protector 26
2.2.6. MOTOR 27
2.2.6.1. Función 27
2.2.6.2. Configuraciones 28
2.2.7. COMPONENTES DEL CABLE DE POTENCIA: 29
2.2.7.1. Conductor 31
2.2.7.2. Recubrimientos Del Cable 32
2.2.7.3. Armadura 33
2.2.7.4. Terminal De Cable (POTHEAD) 34
2.2.8. OTROS (ADAPTERS, GUÍAS DE MOTOR, CAMISAS) 35
2.2.8.1. Adapters (Acoples) 35
2.2.8.2.Guías De Motor 35
2.2.8.3.Las Camisas 35
2.3. COMPONENTES DE SUPERFICIE . 37
2.3.1. JUNCTION BOX O CAJA DE VENTEO 37
2.3.2. SWITCHBOARD/VSD 38
2.3.3. TRANSFORMADOR ELEVADOR (XFM STEP UP) . 39
2.4. ALTURA DINÁMICA TOTAL (TDH TOTAL DINAMIC HEAD) . 43
2.5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS EQUIPOS ELECTRO
SUMERGIBLES 46
2.5.1. VENTAJAS 46
2.5.2. DESVENTAJAS 46
3.METODOLOGÍA 47
iii
3.1. PROCEDIMIENTOS PARA EL ARRANQUE Y, RANGOS DE
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE EQUIPOS
ELECTROSUMERGIBLES. 47
3.1.1. INTRODUCCIÓN 47
3.1.2 ARRANQUE Y OPERACIÓN . 47
3.1.3. DETALLES DE ARRANQUE Y OPERACIÓN 50
3.2. MANTENIMIENTO DE EQUIPOS ELECTROSUMERGIBLES 60
3.2.1. PROGRAMACIÓN DEL MANTENIMIENTO 62
3.2.1.1. Mantenimiento Preventivo 63
3.2.1.2. Mantenimiento Predictivo 63
4.ANÁLISIS DE RESULTADOS 63
4.1. EJEMPLO DE UN DISEÑO 65
4.1.1. DESARROLLO DEL PROGRAMA . 66
4.1.1.1.Menú Principal 66
4.1.2. DIMENSIONES DE LOS CABLES . 79
5.1 CONCLUSIONES: 81
5.2 RECOMENDACIONES: 83
GLOSARIO DE TÉRMINOS 84
BIBLIOGRAFÍA 86
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. El sistema típico BES 7
Figura 2. Bomba centrifuga multi-etapas 9
Figura 3. Etapas de una bomba 10
Figura 4. Diseño radial de una etapa 11
Figura 5. Etapa de flujo mixto 11
Figura 6. Curva de rendimiento de una etapa de la bomba 17
Figura 7. Intake integral 18
Figura 8. Separadores de gas 21
Figura 9. Protector o sección sellante 24
Figura 10. Combinaciones de protectores o secciones sellante 26
Figura 11. Un motor eléctrico 28
Figura 12. Cable de potencia bes redondo 30
Figura 13. Componentes de cable 31
Figura 14. Conductor de Cable Trenzado 32
Figura 15. Conductor de Cable Compacto 32
Figura 16. Terminal con conexión directa (tipo enchufe) 34
Figura 17. Adaptadores 35
Figura 18. Camisas 36
v
Figura 19. Caja de venteo 37
Figura 20. Panel de controlador del motor 38
Figura 21. Transformador Elevador (Xfm Step Up) 39
Figura 22. Transformador de 2700 kva 40
Figura 23. Transformador simple 42
Figura 24. Altura dinámica total 44
Figura 25. Curva de capacidad de cabeza 45
Figura 26. Modelos De Bombas Utilizadas Para Bajos Caudales 57
Figura 27. Modelos De Bombas Utilizadas Para Bajos Caudales 58
Figura 28. Rangos De Operación Recomendados 59
Figura 29. Información general del pozo 66
Figura 30. Correlaciones para predicción de Flujo 68
Figura 31. Ingreso de Datos del Pozo 68
Figura 32. Criterios para el dimensionamiento 69
Figura 33. Descripción Del Sistema Y Proyección a un año 70
Figura 34. Descripción del sistema y proyección a un año 71
Figura 35. Descripción del equipo de superficie 72
Figura 36. Resumen Y Criterio De Selección Del Equipo Bes 73
Figura 37. Curva De La Bomba Caso Base 74
Figura 38. Curva De La Bomba – Proyeccion a un año 75
Figura 39. Curva Y Comportamiento De La Bomba 76
vi
Figura 40. Comportamiento Del Motor 77
Figura 41. Comportamiento Del Motor - Proyección A Un Año 78
Figura 42. Dimensiones De Cables 79
Figura 43.Dimensiones De Los Cables Centrilift 80
vii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Traducción del Menú Principal del Software para Diseño de un
Sistema BES. 67
viii
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO 1
TÍPICO EQUIPO ELECTROSUMERGIBLE. 89
ANEXO 2
CAPACIDADES Y RANGOS DE OPERACIÓN 90
ANEXO 3
TIPOS DE CABLE 91
ANEXO 4
COMPLETACIÓN DEL POZO DE APLICACIÓN 92
ix
RESUMEN
A manera de información y por considerarse como otro sistema de
recuperación de hidrocarburos importante se explicará lo que es el
bombeo electro centrífugo.
El bombeo electro centrífugo sumergido ha probado ser un sistema
artificial de producción eficiente y económico. En la actualidad ha cobrado
mayor importancia debido a la variedad de casos industriales en los que
es ampliamente aceptado.
El desempeño y el manejo de un reservorio se basan tradicionalmente en
datos e información previamente reunida durante períodos cortos de
prueba y registros.
Las completaciones BES usadas en la actualidad, que combinan el
monitoreo y el control de la producción son cada vez más habituales y
requieren el uso de programas computarizados para el dimensionamiento
y control de flujo sumamente confiable.
Este sistema está compuesto por una bomba centrífuga multi-etapas
manejada por un motor eléctrico. La cantidad de fluido que pasa a través
de la bomba puede variar dependiendo de la presión sostenida en el
sistema.
Entre las características únicas del sistema están su capacidad de
producir volúmenes considerables de fluido desde grandes profundidades,
bajo una amplia variedad de condiciones del pozo y particularmente se
distingue por que, su unidad de impulso o motor está directamente
acoplada con la bomba en el fondo del pozo.
x
El sistema está asociado típicamente con aplicaciones de altos
volúmenes, altos cortes de agua en excesos de 100,000 BFPR.
El cumplimiento de los procedimientos para el control del arranque de
este sistema BES es de vital importancia para asegurar que el equipo
esté operando dentro de los parámetros de diseño.
Los mecanismos de lubricación de la bomba deben asegurar un
suministro continuo de lubricante limpio y seco durante todo el tiempo que
la bomba esté en servicio.
Para una mejor comprensión del diseño del sistema BES se realizó un
ejemplo en el pozo Anaconda 2 en el cual se implementó este diseño con
datos exactos y proyección a un año.
En la actualidad el diseño ha mejorado, incorporando en los cálculos la
consideración de que el volumen y propiedades físicas de la mezcla,
varían constantemente en el interior de la bomba; lo cual se traduce en
reducciones importantes de su capacidad volumétrica, desde la presión
de succión hasta la de descarga. Consecuentemente las dimensiones del
motor y de la bomba son aún menores, para lograr una operación más
eficiente del sistema, para obtener en la superficie el gasto de líquidos
deseado, manteniendo la presión necesaria en la cabeza del pozo.
xi
ABSTRACT
By way of information and considered another important recovery system
hydrocarbons explain what is the centrifugal pumping electro.
The submerged centrifugal electro pump has proven to be an artificial
system efficient and economical production. Today it has become more
important because of the variety of industrial cases where it is widely
accepted. The performance and handling of a reservoir is traditionally
based on previously gathered data and information for short periods of
testing and records.
The BES completions currently used , combining the monitoring and
control of production is becoming more common and require the use of
computer programs for sizing and highly reliable flow control.
This system is comprised of multi- stage centrifugal pump driven by an
electric motor. The amount of fluid passing through the pump can vary
depending on the pressure in the system steady.
Among the unique features of the system is its ability to produce large
volumes of fluid from great depths under a variety of conditions and is
particularly well recognized by who, its unit impulse or motor is directly
coupled to the pump at the bottom of pit.
The system is typically associated with high-volume applications, high
water cuts in excess of 100,000 BFPR.
Compliance with the procedures for controlling the starting of this BES
system is vital to ensure that the equipment is operating within design
parameters.
xii
Mechanisms pump lubrication should ensure a continuous supply of clean,
dry lubricant all the time that the pump is in operation.
For a better understanding of the system design BES make an example
Anaconda 2 well which was implemented in this design with accurate data
and projection to a year.
Currently the design is improved by incorporating into the calculation
considering the volume and physical properties of the mixture vary
constantly inside the pump, which translates in a substantial reduction of
volume capacity from the pressure suction to discharge.
Consequently the size of the motor and pump are even lower, to achieve a
more efficient operation of the system for expenditure on the surface
desired liquid, maintaining the necessary pressure at the wellhead
1
INTRODUCCIÓN.
El desempeño y manejo de un reservorio se basa tradicionalmente en
datos e información previamente reunida durante periodos cortos de
prueba y de registros, antes de que los pozos sean puestos en
producción. Información adicional puede ser adquirida varios meses
después, ya sea como un ejercicio planeado o cuando surgen problemas
imprevistos.
Semejante adquisición de información requiere de una intervención en el
pozo, y casi siempre significa una pérdida en la producción, riesgos
incrementados, inconveniencias y problemas logísticos, y también puede
significar gastos adicionales y pérdida de tiempo en el traslado de un
taladro hacia la locación.
Los sistemas de monitoreo permanentes miden y graban el desempeño
del pozo y el comportamiento del reservorio, por medio de los sensores
que son colocados en el fondo del pozo durante la etapa de completación.
Estas medidas suministran a los ingenieros y tecnólogos petroleros,
información esencial para el manejo dinámico de las ventajas de los
hidrocarburos, permitiéndoles optimizar la producción, diagnosticar
problemas, desarrollar el campo (refinamiento) y los especialistas ajusten
los modelos para el reservorio.
Los sistemas de monitoreo permanente permiten diferentes situaciones
de análisis.
Los sensores son colocados en el fondo del pozo con la sarta de
completación junto al fondo del reservorio. Las modernas comunicaciones
proveen un acceso directo a las mediciones que realiza el sensor desde
2
cualquier parte del mundo. Los comportamientos del pozo y del
reservorio, pueden ser monitoreados fácilmente en tiempo real, las 24
horas del día, todos los días durante el período de vida del reservorio.
Los especialistas pueden observar el desempeño diario, examinando las
repuestas a los cambios en los procesos de producción o de recuperación
secundaria y también pueden registrar los eventos para ayudar al
diagnóstico y monitoreo de problemas, además de brindar acciones
preventivas, de la misma manera en que lo hacen los monitores que se
encuentran en las salas de control.
Las completaciones BES o usadas en la actualidad, que combinan el
monitoreo y el control de la producción son cada vez más habituales, y
requieren el uso de programas computarizados para el dimensionamiento
y de control de flujo sumamente confiables. Los sistemas de monitoreo
de fondo de pozo, proveen de una información exacta y mejoran el tiempo
medio de la bomba entre fallas. Esto permite a las instalaciones trabajar
dentro de estrechos parámetros de operación y permite una conversión
económica para el levantamiento artificial.
Los desafíos que se presentan en el monitoreo permanente son diarios,
es por esto que se ha tomado en cuenta el desarrollo y la instalación
permanente y resistente de sensores, capaces de suministrar un flujo
constante de datos a lo largo de la vida útil de un pozo.
Los resultados que se obtengan a partir del presente trabajo, serán
dirigidos exclusivamente a los técnicos del área petrolera, ya sean éstas
privadas o estatales, pues la información obtenida se refiere a un
Programa Computarizado de Dimensionamiento ESP. Solamente se trata
de un análisis computarizado, el cual termina en una propuesta que
3
permitirá escoger el tipo de equipo de fondo adecuado, y de los beneficios
que éste puede presentar si se es utilizado de una manera adecuada.
La información requerida para este trabajo resulta ser de tipo confidencial
y, en muchas ocasiones no estará disponible para todas las personas,
excepto aquellas que se desempeñen en el área petrolera.
1.1. OBJETIVO GENERAL
- Exponer que mediante el Dimensionamiento Computarizado de
Equipos BES y el monitoreo de parámetros electromecánicos en el
control operacional de los equipos se puede utilizar para mejorar el
rendimiento y la vida útil de los equipos en los pozos petroleros.
1.1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Mostrar las ventajas del Programa Computarizado de
Dimensionamiento BES y como éste, ayudará a extender la vida
útil de los BES.
- Analizar los datos generados por los sensores de parámetros de
fondo de la operación del equipo BES, durante el proceso de
producción de petróleo.
- Recomendar mediante este estudio las acciones preventivas y
correctivas en las etapas operación y mantenimiento, que se
pueden implementar en el monitoreo de equipos BES.
- Identificar problemas electromecánicos de tipo operacional,
mediante la interpretación de la información de los parámetros de
4
fondo en el proceso de monitoreo en los equipos electro
sumergibles BES.
- Beneficiar a las Compañías Operadoras Productoras de Petróleo,
explicando los beneficios que se pueden conseguir con la
aplicación de los datos de la información suministrada por el
Programa de Dimensionamiento BES.
- Este documento podría ser una Guía de Consulta y de Referencia
para los estudiantes de la Escuela de Petróleos que deseen
ahondar sus conocimientos en el mencionado tema en el bombeo
electrosumergible BES.
- Esta propuesta cuenta con los medios bibliográficos como
información técnica autorizada para su uso, recurso humano y
económico, infraestructura y el tiempo necesario para mostrar las
características de un Programa Computarizado para el
Dimensionamiento de equipos BES o BES, se puede alargar la
vida útil de los equipos BES, mediante el reconocimiento temprano
de problemas en los pozos.
- Si la información que se genera por medio del sensor de fondo
puede ayudar a los técnicos e ingenieros especialistas en
producción de petróleo, a implementar una política de análisis de
información, que permita tomar acciones correctivas en el
Dimensionamiento de equipos y preventivas para el Control
Operacional de los Equipos BES, entonces se puede brindar una
asistencia adecuada para extender la vida útil de los equipos.
5
MARCO TEÓRICO.
2.1. DESCRIPCIÓN DEL BES
2.1.1. TEORÍA DE OPERACIÓN DEL BES
El sistema de Bombeo Electro sumergible (Electrical Sumergible Pump
BES) está conformado por una Bomba Centrífuga multi-etapas manejada
por un motor eléctrico. Las bombas centrífugas no desplazan una
cantidad específica de líquido como las bombas de desplazamiento
positivo, pero en cambio crean una relativa cantidad de presión constante
que incrementa el levantamiento del fluido hacia la superficie. La cantidad
de fluido que pasa a través de la bomba puede variar dependiendo de la
presión sostenida en el sistema. La cantidad de fluídos necesaria y la
presión para levantar líquidos a la superficie están determinadas por el
tipo y número de etapas en la bomba.
El BES está trabajando en el hueco del pozo suspendido de la sarta de
producción. Por lo tanto si la unidad de BES falla, la tubería de producción
y la bomba deben ser sacadas juntas para reparación y consiguiente
cambio de equipo. La energía es suministrada por un cable eléctrico
trifásico que puede ser plano o redondo en caso de espacios limitados
con asilamiento y con una armadura, este cable va desde la superficie
hacia el cabezal del pozo y de ahí sujeto a través de toda la tubería de
producción hasta llegar al motor. El sistema típico BES está básicamente
compuesto de los siguientes componentes.
6
2.1.2. COMPONENTES DE FONDO
Bomba Centrífuga
Intake o Separador de gas
Protector
Motor Eléctrico
Sensor de fondo
Cable de potencia
Otros (Adaptadores, Guías de motor)
2.1.3. COMPONENTES DE SUPERFICIE
Junction box
Control Panel/Switchboard o Variable Speed Drive System
Generación
Panel de lecturas de Fondo
Registrador Amperométrico
7
Como se puede puede observar en la Figura 1 tenemos un sistema tipico
Bes , componentes de superficie y fondo.
Figura 1. El sistema típico BES (Baker Hughes, 2012)
Un sistema de bombeo eléctrico sumergible BES consiste de un motor
conectado en series a una bomba centrifuga y colocado en el fondo de la
tubería de producción.
La operación fundamental del levantamiento del BES es crear y mantener
el drawdown, permitiendo que los fluidos de la formación fluyan dentro del
pozo y luego sean bombeados a la superficie.
Para un índice de producción dado, la rata de producción es relativa a la
cantidad de drawdown lograda, por ejemplo la reducción de la presión
hidrostática en el nivel del fluido.
8
Aunque los sistemas BES tienen una limitada rata de producción
comparada a otros sistemas de levantamiento artificial, el sistema BES
tiene vastísimos caudales de producción que cualquier otro método de
levantamiento artificial.
El sistema está asociado típicamente con aplicaciones de altos
volúmenes, altos cortes de agua en excesos de 100,000 barriles de fluido
por día (bfpd); Sin embargo, algunos sistemas BES operan a menos de
1000 bfpd. Si es diseñado adecuadamente un sistema BES puede
además manejar adecuadamente gas y fluidos corrosivos.
Los sistemas BES prestan a los pozos para aplicaciones costa afuera
debido a su aplicabilidad en pozos desviados, limitado espacio ambiental
y energía eléctrica. Declinando o inclinando ratas y problemas
operacionales (sólidos, gas excesivo, alta temperatura, etc.) pueden ser
un a perjuicio y resultar en altos costos de mantenimiento.
2.2. COMPONENTES DE FONDO.
2.2.1 BOMBAS CENTRÍFUGAS
Es una bomba centrifuga multi-etapas, cada etapa consiste de una parte
rotaria: el Impulsor (empeller) y un parte estacionaria: el difusor (diffuser).
El impulsor provee energía en forma de velocidad al fluido a ser
bombeado. El difusor transforma la energía cinética en energía potencial
(presión) antes de re-direccionar el fluido dentro del siguiente impulsor
hacia arriba. El número total de etapas determinará la cabeza (presión)
generada por la bomba.
9
Como podemos apreciar en la Figura 2 tenemos un ejemplo de una
bomba centrifuga multietapas. En la Figura 3 podemos observar las
etapas de una bomba
Figura 2. Bomba centrifuga multi-etapas (Baker Hughes, 2012)
10
Figura 3. Etapas de una bomba (Baker Hughes, 2012)
El fluido que viene del anular entra a la bomba a través de la sección del
intake y es descargado fuera de la bomba directamente a la tubería de
producción. El número de etapas usada en una bomba varía en particular
con la aplicación.
2.2.1.1. Tipos De Etapas
Existen dos tipos básicos de etapas:
Etapa de Flujo Radial: En la etapa radial el fluido es acelerado
horizontalmente por el impeler rotario a través de la abertura del
alabe, luego abruptamente gira 180 grados hacia arriba cuando
éste encuentra la pared del difusor. La etapa como podemos
obervar en la Figura 4 radial está diseñada para manejar bajas
ratas de producción.
11
Figura 4. Diseño radial de una etapa (Baker Hughes, 2012)
Etapa de Flujo Mixto: En las etapas de flujo mixto, el fluido se
acelera diagonalmente hacia dentro y hacia fuera, éste diseño
permite una aceleración tanto axial como radial del fluido al mismo
tiempo. Las etapas de flujo mixto como se observa en la Figura 5
son usadas para altas ratas de producción generalmente sobre los
1700 BFPD.
Figura 5. Etapa de flujo mixto (Centrilift, 2012)
Para dar una idea del proceso de levantamiento, imaginemos que el
impulsor rotario acelera el fluido desde el centro de la etapa en una
dirección hacia afuera donde este se encuentra con la pared del difusor,
12
el impulso del fluido es transformado de radial a dirección vertical y el
fluido es levantado.
2.2.1.2. Tipos De Bombas Electro Sumergibles
Bombas Flotadoras: En este tipo de bomba los impulsores están
libres para deslizarse hacia arriba y hacia abajo, o están “flotando”
sobre el eje. Todos los impulsores generan un empuje que es
manejado por las arandelas de empuje y el balance hidráulico
generado en cada etapa.
Las “arandelas de empuje” son usadas para absorber el empuje
generado en todos los pares de superficie entre el impulsor y el
difusor. Las bombas de flotación son muy buenas en ambientes
medianamente abrasivos, ya que previenen que los sólidos entren
a la zona del cojinete radial, son más flexibles bajo el punto de vista
de manufactura, ya que la tolerancia acumulada no es un
problema.
Bombas Bottom Floater (BFL): El 60% de impulsores del fondo
son tipo flotador y el 40% superior son de tipo compresión. Las
etapas de compresión soportan la carga del eje, este tipo de
construcción es usada en impulsores los cuales tienen arandelas
de empuje en cada etapa. Las etapas de compresión soportan la
carga del eje y su propio empuje axial.
Bombas Compresoras: Cada impulsor está rígidamente fijo al eje
de tal manera que se mueve solidariamente con el eje. Todos los
impulsores están “comprimidos” conformando un cuerpo rígido. En
una bomba de compresión, todos los impulsores están fijados
rígidamente al eje de manera que si un impulsor trata de moverse
hacia arriba o abajo, tratará de mover el eje en esa dirección.
13
Durante el ensamblaje y debido a la gravedad, el impulsor normalmente
está descansando en su correspondiente difusor inferior. Por esta razón,
el eje de la bomba es “levantado” con espaciadores en el acople de tal
manera que el impulsor no toca el difusor en el equipo ensamblado. Esto
hace que todo el empuje desarrollado en el eje de la bomba sea
transferido directamente al eje del protector.
Ya que todo el empuje es manejado por el protector, el rango de
operación puede ser extendido ampliamente, sin incremento del desgaste
o reducción de la vida útil, en la medida que el protector tenga la
capacidad suficiente para manejar el empuje desarrollado.
Anillo de Compresión: La principal diferencia entre el diseño del
anillo de Compresión Estándar (C) y el anillo de Compresión (CR),
es cuando y como la compresión se localiza en los impulsores. El
diseño estándar comprime al impulsor antes de comprimir a los
difusores y el diseño del anillo de compresión comprime a los
impulsores después de que los difusores sean comprimidos. El
diseño de compresión estándar es normalmente usado en las
series de bombas largas ó en pequeñas bombas.
Bombas de Balance Hidráulico: Tradicionalmente, este tipo de
bomba ha sido usado en aplicaciones con muy alto empuje
descendente (por ejemplo: bomba con muchas etapas) donde una
bomba estándar de compresión sobrecargaría el cojinete de
empuje axial del protector. La bomba HB es una bomba de
compresión estándar en todo aspecto, excepto por el cabezal de
descarga. La descarga usa un pistón de balanceo para reducir la
presión que actúa sobre el tope del eje. Baja Temperatura: Son
bombas diseñadas para aplicaciones de bajas temperaturas
usualmente en pozos de agua y usa las etapas estándar de un
14
pozo de aceite. La base se adapta a un motor tipo NEMA de bajo
costo, incluye un intake integral.
2.2.1.3. Configuraciones De Bombas Electro Sumergibles
Single (S): Es una la configuración de una única bomba que tiene
incorporado un intake y una cabeza de descarga, no se permite
añadir más bombas.
Center Tandem (CT): Esta es una bomba con conexiones
bridadas las cuales permiten algunos números de secciones para
ser conectadas juntas. Es la más comúnmente usada en pozos de
aceite. Una bomba "center tandem" no tiene añadida intake o
cabeza de descarga
Lower Tandem (LT): Esta bomba tiene incorporado un intake
integral en la base, pero no tiene una cabeza de descarga. Esta
puede ir bajo otras bombas o además puede ser completada con
una cabeza de descarga con pernos.
Upper Tandem (UT): Esta es una bomba con una cabeza de
descarga incorporada, pero no tiene intake, esta puede ser
colocada en el tope de otra bomba o sobre una sección de intake.
2.2.1.4. Diseños Mejorados
Abrasive Resistant Zirconia (ARZ): Esta bomba está diseñada
para operación en pozos altamente abrasivos y es usada en
construcción tanto compresora como flotadora. Este diseño de
bomba utilice rodamientos de Zirconio tanto en la cabeza y en la
15
base y en ocasiones son colocados a lo largo del eje de la bomba
en forma espaciada.
Enhanced Stabilized (ES): Este diseño es usado en aplicaciones
donde un diseño ARZ no es requerido, se usa en construcciones
tanto para bombas flotadoras como compresoras. Se usa en mismo
rodamiento ARZ tanto en cabeza como en la base de la bomba.
Las bombas son construidas con difusores bajos que no tienen
pedestal. El diseño está basado sobre en diseño estándar
solamente en el eje, la cabeza y la base son en cambio ARZ. El
diseño ES, incrementa la fiabilidad de la bomba estándar.
2.2.1.5. Selección De Una Bomba Electro Sumergible
La selección del BES requiere del entendimiento del presente y futuro del
desarrollo del pozo, en particular el índice de productividad, presión de
reservorio, el punto de burbuja la rata de flujo y la presión de cabeza
requerida.
La selección de la bomba está basada en parte en el diámetro del casing.
El tamaño apropiado puede ser determinado por las especificaciones del
fabricante. Determinar el tamaño y los requerimientos de energía para el
equipo de fondo están en función de la rata de flujo y la presión de
descarga requerida para la aplicación. La presión de descara de la bomba
será igual a la diferencia entre la presión disponible en el intake de la
bomba (Inflow Performance) y la presión requerida a la entrada del tubing
(Outflow Performance).
La presión de descarga de la bomba esta típicamente expresada en
términos de pies o metros de levantamiento. El actual levantamiento
desarrollado y la eficiencia (ratio de la energía hidráulica transmitida al
16
fluido a la energía administrada a la bomba) de un BES dependen del
diseño particular de la bomba.
La bomba es por tanto escogida de acuerdo al indicador de rendimiento
publicado por el fabricante y presentada en la curva de rendimiento de la
bomba. Entregando el caudal de flujo, la eficiencia de la bomba y para
una etapa, el levantamiento desarrollado y el break horsepower (BHP)
requerido por un fluido con una gravedad especifica de 1.0.
La cabeza (altura) entregada por etapa depende del diámetro del sistema
y de la geometría del impeler y del difusor.
Aquí se muestra la curva de rendimiento típica de una bomba SN2600
mostrando el levantamiento por etapa a varias ratas de flujo, la eficiencia
de bomba y el break horsepower requerido.
El número total de etapas requerido es por tanto el levantamiento total
requerido dividido para el levantamiento entregado por etapa.
Finalmente el pump break horsepower es calculado multiplicando el
máximo HP por etapa tomado de la curva de la bomba por el número de
etapas por el promedio de la gravedad específica del fluido.
En la Figura 6 podemos apreciar de una mejor manera la curva de
rendimiento de una etapa de la bomba.
17
Figura 6. Curva de rendimiento de una etapa de la bomba (Baker Hughes, 2012)
2.2.2. INTAKES
El fluido entra a la bomba a través del Intake que está sujeto con pernos
justo debajo de la bomba, si hay un alto volumen de gas libre presente,
éste debe ser separado del fluido de producción antes de entrar a la
bomba. Existen tres tipos de secciones de entrada de fluido a la Bomba
Centrífuga:
Intake Estándar
Intake Integral construido como parte de la bomba
Separadores de Gas
Intake Estándar: Las entradas estándar o BOI y las integrales no
separan gas. Alguna separación de gas puede ocurrir, pero será
18
solamente separación natural, debido a que parte del gas no pasa
por la entrada de la bomba junto con el resto del fluido. Las
entradas pueden ser ARZ, estas usan cojinetes y camisas de
Zirconio y camisas para mejor protección contra desgaste por
abrasión y vibración lateral. Esto es importante estando tan cerca
de un sello de protector.
Intake Integral: Este está construido como parte de la bomba
centrífuga y no separa gas, como se observa en la Figura 7 el
intake integral solo sirve como medio de entrada del fluido de
producción a la Bomba Centrífuga.
Figura 7. Intake integral (Baker Hughes, 2012)
2.2.3. SEPARADORES DE GAS
Un separador de gas es todavía una entrada, pero con algunas
características de diseño para mantener la bomba libre de gas. Existen
básicamente dos tipos de Separadores de Gas:
19
Estáticos (Reverse Flor Separador o Motor Shroud): Los
diseños originales de separadores de gas estaban basados un
incremento de la separación de gas forzando en el pozo el flujo de
fluidos en reverso. A esto se debe que este tipo de separadores
sea llamado de flujo reverso.
Debido a que este tipo de separador no hace un trabajo real sobre
el fluido es llamado también separador de gas “estático". Cuando el
fluido entra en el separador de gas, es forzado a cambiar de
dirección. Algunas de las burbujas de gas en siguen subiendo en
vez de entrar al separador. Otras burbujas suben dentro del
separador y salen del separador por los agujeros de más arriba.
Dinámicos: El Separador rotativo es recomendado en pozos con
alto GOR para remover eficientemente el gas libre del fluido de
producción y permite a las bombas electro sumergible ser
instaladas en aplicaciones tradicionalmente reservadas a otros
métodos de levantamiento artificial.
Esta usa la fuerza centrífuga para separar gas libre. La mezcla
gas/fluido entra a través del intake y se mueve hacia un screw tipo
inducer donde la presión del fluido es incrementada y movida a la
centrifuga donde la separación ocurre. El fluido más pesado es
forzado a salir del separador y va directamente hacia la primera
etapa de la bomba. El gas que es más liviano se eleva a través del
flujo y es venteado hacia el anular del casing.
Debido a la gran masa rotativa sobre un eje sin soportes, estos
separadores de gas tendían a experimentar fallas de cojinetes con
más frecuencia que el resto de los equipos. Algunas de las fallas se
debían simplemente a que el gas no lubrica bien y a los abrasivos.
20
El problema era la porción de longitud de eje no soportada en una
área con una masa con una alto momento de inercia el cual podía
estar radialmente desbalanceado ya fuera en la fabricación o en la
operación porque se llenaba con un fluido no homogéneo de
gravedad específica variable, por este motivo se implementaron los
rozamientos ARZ en la construcción de los Separadores de Gas.
La separación natural puede ser tan alta como 60 % y que con un
separador de gas rotativo, la eficiencia total de separación puede
llegar a 99 %, además los separadores de gas (todos los tipos)
tienen un rango de flujo donde son efectivos y otros donde no lo
son.
El volumen total de fluidos a manejar (gas + petróleo + agua) debe
estar dentro del rango permisible de operación del Separador de
Gas como podemos apreciar en la Figura 8 seleccionado para la
aplicación.
21
Figura 8. Separadores de gas (Baker Hughes, 2012)
2.2.4. MANEJADORES DE GAS (ADVANCED GAS HANDLERS AGH)
El principal objetivo del Manejador Avanzado de Gas “AGH” es evitar el
bloqueo por gas de la bomba lo cual puede resultar en operaciones
cíclicas y posible falla mecánica prematura si no se controla
apropiadamente. El AGH no separa gas pero acondiciona la mezcla de
fluidos de tal manera que pueda ser manejada por la bomba. Ofrece las
siguientes ventajas:
AGH permite producir con éxito pozos que previamente no podían
producir económica o confiablemente con bombas electro sumergible
empleando separadores de gas.
El AGH está diseñado para mejorar la eficiencia total de levantamiento de
una instalación de bombeo Electro sumergible manteniendo una mayor
relación gas-líquido en la tubería de producción.
22
La mayor RGL ayuda a reducir los requerimientos de potencia hidráulica
para levantar los fluidos en un pozo produciendo petróleo, agua y gas.
El AGH utiliza los siguientes métodos para mejorar la eficiencia de la
bomba:
Homogeniza la mezcla
Reduce el tamaño de la burbuja
Pone el gas en solución
Ayuda al gas a moverse hacia la corriente principal.
2.2.5. PROTECTORES
El protector, también llamado Sección Sellante, está localizado
inmediatamente arriba del motor. Este aísla el aceite refinado del motor
de los fluidos del pozo y ecualiza presiones del reservorio con la presión
interna del motor.
2.2.5.1. Funciones
El protector tiene las siguientes funciones:
Transmitir el torque generado por el motor a la bomba a través del
eje del protector.
Absorber la carga axial generada por la bomba, lo cual quiere decir
que el protector tiene un rodamiento de carga especial.
Proveer un sello positivo entre el reservorio y el motor con el uso
de sellos mecánicos los cuales previenen que los fluidos del pozo
migren a lo largo del eje del protector y dentro del motor.
Ecualiza presiones entre el motor y el reservorio.
23
2.2.5.2. Tipos Básicos de Protectores
El protector tiene dos tipos básicos de construcción:
Laberinto
Sello positivo
2.2.5.3 Laberinto
El diseño de laberinto se vale de la diferencia en la gravedad específica
de los fluidos del pozo y la del aceite del motor para mantenerlos
separados aun cuando estén en contacto directo. Hay aplicaciones en las
cuales no es conveniente usar este tipo de protector: fluidos del pozo y
pozos horizontales o altamente desviados.
2.2.5.4 Sello Positivo
En aplicaciones en donde el fluido del pozo y el motor tienen gravedades
específicas similares o cuando el pozo es altamente desviado, hay otro
tipo de Protector que usa un “sello positivo” o de “bolsa” para separar
físicamente los dos fluidos. Esta bolsa es de un material Elastómero de
alta temperatura que brinda un alto rendimiento en cuanto al ataque
químico de los fluidos y presiones del reservorio, además se adapta a los
cambios de volumen.
24
La bolsa es libre para cambiar su volumen según se requiera
manteniendo los dos fluidos separados físicamente todo el tiempo. En la
Figura 9 podemos observar el Protector o sección sellante.
Figura 9. Protector o sección sellante (Centrilift, 2012)
2.2.5.5 Protector Modular
La flexibilidad es primaria para cualquier Protector Modular. Con este
sistema es posible adaptar el protector a casi cualquier aplicación. Los
siguientes lineamientos muestran algunas configuraciones de protector
posibles y las áreas donde tiene debilidades y fortalezas, principalmente:
Selección de la cámara
Elastómero
Ambiente de fondo de pozo
25
Hay muchas configuraciones disponibles las cuales disponen de 3
componentes básicos:
Sello
Cojinete de Empuje Axial
Eje
El nombre del Protector es designado por los tipos de cámaras de sello
usadas y como están conectadas dichas cámaras, por ejemplo: en "serie"
o "paralelo".
L: Laberinto
B: Bolsa
P: Paralelo
S: Serie
HL: Alta Capacidad de Carga (Cojinete)
Por ejemplo: un Protector BSBSL-HL es, un protector de tres cámaras
diseñado con una bolsa en el tope conectada en serie con otra cámara de
bolsa, la cual está conectada a su vez con una cámara de laberinto.
También tiene un cojinete de empuje de alta capacidad
Conexión en Serie: Se instala en serie para Redundancia/Seguridad. Para
pozos donde los fluidos pueden entrar en la cámara de Abajo, primero
deben desplazar completamente los fluidos de la cámara superior. No
añaden capacidad adicional de expansión.
Conexión en Paralelo: Disponible doble volumen de expansión. Útil en
aplicaciones de alta potencia. En la figura 10 vemos las combinaciones de
los protectores o sección sellante
26
Figura 10. Combinaciones de protectores o secciones sellante (Centrilift, 2012)
2.2.5.6. Ciclos De Operación Del Protector
Llenar de aceite dieléctrico mineral el protector antes de la instalación.
Instalación del sistema a la profundidad deseada, el aceite del motor se
expande.
Motor opera, el aceite se expande más aún.
Motor se detiene, el aceite se contrae.
Motor opera en ciclos.
El recuperar el motor a la superficie, el aceite se contrae.
27
2.2.6. MOTOR
Los motores que se utilizan en las aplicaciones de Bombeo Electro
sumergible, son motores eléctricos de dos polos, trifásicos, de inducción
tipo jaula de ardilla y van sumergidos dentro del fluido del pozo.
Los motores van dentro de un alojamiento de acero y esta llenado con
aceite mineral dieléctrico que lubrica los rodamientos, aísla eléctricamente
el motor y le da conductividad térmica. Una anormal rata de producción
puede hacer que el motor se dañe debido a un incremento inesperado de
la temperatura.
2.2.6.1. Función
El motor eléctrico que provee energía a la bomba está localizado al final
del ensamble BES. El motor es energizado eléctricamente a través del
cable de potencia.
Un cable plano es típicamente instalado por reducción de espacio y es
sujetado al conjunto BES. Este va conectado al motor a través de un
terminal especial llamado "pothead".
El motor como se observar en la Figura 10 hace girar al eje conectado a
través del ensamble BES y por tanto este mecanismo hace que las etapas
de la bomba giren.
28
Figura 11. Un motor eléctrico (Centrilift, 2012)
2.2.6.2. Configuraciones
Single Section (S): La cabeza del motor está diseñada para
aceptar la conexión del cable de potencia en la parte superior. La
base tiene una conexión integral en “Y” que conectan los
terminales del motor juntos y no se pude conectar un motor
adicional.
Upper Tándem (UT): La cabeza del motor está diseñada para
aceptar la conexión del cable de potencia en el tope del motor y en
la base puede ir conectado un motor center tandem, un motor
lower tándem o una base universal.
Center Tándem (CT): La cabeza del motor está diseñada para
conectarse a la base de un motor upper tándem. o un motor center
tándem y la base está diseñada para conectarse a otro motor
29
center tándem, un motor lower tándem o una base universal. Todas
las conexiones bridadas esta diseñadas para que los terminales de
un motor y otro se conecten al correspondiente terminal del motor
adyacente.
Lower Tándem (LT): La cabeza del motor está diseñada para
conectarse a la base de un motor upper tándem o un motor center
tándem y tiene una conexión integral en "Y" en la base que conecta
los terminales juntos.
2.2.7. COMPONENTES DEL CABLE DE POTENCIA:
Descripción: La energía eléctrica es trasmitida al motor por un cable
especial diseñado el cual se extiende desde la cabeza del motor hacia el
cabezal del pozo (wellhead), y va sujeto a lo largo de la tubería de
producción con bandas o clamps.
A pesar que el cable redondo en más usado, a veces se usan cables
planos cuando el espacio entre el tubing y el diámetro interno del casing
es limitado.
En la Figura 12 vemos el cable de potencia, el cual es el encargado de
transmitir la energía a la bomba electrosumergible BES.
30
Figura 12. Cable de potencia bes redondo. (Centrilift, 2012)
El cable de potencia como se ilustra en la Figura 13 que se usa en las
aplicaciones BES tiene los siguientes componentes:
Conductor
Aislamiento
Barrera
Chaqueta
Armadura
31
Figura 13. Componentes de cable. (Centrilift, 2012)
2.2.7.1. Conductor
El cable BES tiene tres conductores de cobre y están recubiertos con una
delgada capa de material conductor. El conductor se escoge de acuerdo a
las siguientes características:
Tamaño
Resistencia
Flexibilidad
Costo
Los conductores del cable de potencia BES pueden ser:
Sólido: Es un conductor de diámetro pequeño y de bajo costo.
Tiene un bajo estrés interfacial eléctrico.
Trenzado (Redondo): Este conductor tiene mayor flexibilidad.
Mayor resistencia a daños.
32
Round
Compacted
Figura 14. Conductor de Cable Trenzado. (Centrilift, 2012)
Compacto: El cable conductor tiene una reducción hasta del 10%
en diámetro versus el conductor trenzado redondo.
Figura 15. Conductor de Cable Compacto.
(Centrilift, 2012)
2.2.7.2. Recubrimientos Del Cable
Aislamiento: Cada conductor es aislado individualmente con un
material apropiado, este aislamiento es mecánicamente adherido al
conductor.
El Aislamiento se escoge de acuerdo a las siguientes características:
- Temperatura
- Cambios de presión
- Relación Gas Petróleo (GOR)
- Ataque por dióxido de carbono
- Ataque por petróleo
Barrera: Estos conductores aislados pueden tener adicionalmente,
una barrera protectora y/o una malla aplicada sobre ellos, la
33
barrera actúa como protección mecánica del asilamiento del
conductor. La Barrera se escoge de acuerdo a las siguientes
características:
- Temperatura
- Ambiente Químico
- Gas
- Manejo
Chaqueta: Sobre la barrera, está colocada una chaqueta que
sostiene las tres fases juntas y provee una protección química a la
barrera. La chaqueta se escoge de acuerdo a las siguientes
características:
- Temperatura
- Ambiente Químico
- Gas
- Condiciones de manejo
2.2.7.3. Armadura
Es un material galvanizado que va colocado sobre la chaqueta, y sirve
como protección mecánica al conjunto de componentes del cable de
potencia del BES. La Armadura se escoge de acuerdo a las siguientes
características:
Resistencia al daño
Contiene la descompresión
Resistencia a la corrosión
Es posible seleccionar diferentes tipos de conductor, aislamiento, barrera,
chaqueta y armadura para adaptar la aplicación BES a cualquier
ambiente.
34
2.2.7.4. Terminal De Cable (POTHEAD)
Terminal de cable con cinta: La cinta se enrolla alrededor de los
conectores individuales dentro del motor.
Terminal Insertable: El enchufe está montado en el motor.
Terminal con Conexión Directa: El cable de potencia se conecta
directamente al terminal (Tipo enchufe).
En la Figura 16 observamos el Terminal del cable con conexión directa
(tipo enchufe).
Figura 16. Terminal con conexión directa (tipo enchufe) (Centrilift, 2012)
35
2.2.8. OTROS (ADAPTERS, GUÍAS DE MOTOR, CAMISAS)
2.2.8.1. Adaptadores (Acoples)
Son elementos del mismo material que el resto del equipo electro
sumergible, que permiten adaptar diferentes diámetros entre motor y el
sensor de fondo. A continuación en la Figura 17 vemos la gama de
adaptadores que podemos utilizar de acuerdo a nuestras necesidades.
Figura 17. Adaptadores (Baker Hughes, 2012)
2.2.8.2.Guías De Motor
Son elementos que van conectados bajo el sensor de fondo y su principal
función es evitar el arrastre del sensor mientras el BES es bajado dentro
del pozo y centralizar el equipos principalmente en pozos desviados.
2.2.8.3.Las Camisas
Las camisas como observamos en la Figura 18 son básicamente usadas
en pozos con bajas ratas de flujo o en pozos con casing de diámetro
grande y proveen un adecuado enfriamiento al motor.
36
Figura 18. Camisas (Baker Hughes, 2012)
37
2.3. COMPONENTES DE SUPERFICIE
2.3.1. JUNCTION BOX O CAJA DE VENTEO
La Junction Box o Caja de Venteo, provee un punto de conexión en la
superficie desde el controlador del motor y el cable de potencia que viene
de la cabeza del pozo, es un punto que permite realizar pruebas
fácilmente de chequeos eléctricos de equipos BES de fondo. En la Figura
19 podemos apreciar una Caja de Venteo de un sistema BES.
Figura 19. Caja de venteo (Baker Hughes, 2012)
Otra función es permitir el venteo de gas que haya migrado a través del
cable de potencia desde el yacimiento antes de que este gas alcance el
arrancador de alto voltaje tal como el Switchboard o el VSD.
38
La caja de venteo está conectada al panel controlador del motor y al
transformador por medio de cables de superficie.
2.3.2. SWITCHBOARD/VSD
El panel controlador del motor (Switchboard) para aplicaciones de
velocidad variable, incluye aparatos y dispositivos para controlar y
proteger el motor y provee flexibilidad de uso tales como:
Arrancar el motor.
Relays de protección de sobre/baja corriente.
Circuit-breakers.
Llevar registros.
Una carta registradora de amperaje para propósitos de
diagnósticos.
A continuación en la Figura 20 observamos el Panel Controlador del
Motor conjuntamente con la carta de amperaje.
Figura 20. Panel controlador del motor (Centrilift, 2012)
39
Un VSD (Variable Speed Drive) puede ser usado en lugar del switchboard
para variar la velocidad de motor y consecuentemente el desarrollo de la
bomba. Por el cambio de la velocidad del motor se cambia el flujo de la
bomba y características de levantamiento. Esto permite al operador
optimizar el desenvolvimiento de la bomba para mejorar las condiciones
del reservorio e incrementar la vida útil del sistema BES.
2.3.3. TRANSFORMADOR ELEVADOR (XFM STEP UP)
Es un dispositivo en el cual el voltaje de la corriente alterna puede ser
modificado. Está formado por un núcleo de hierro rodeado por bobinas de
alambre con aislamiento. Generalmente, el núcleo y las bobinas están
inmersos en aceite, sirviendo éste como aislamiento y refrigeración del
transformador. En la Figura 21 observamos el Transformador Elevador
con sus respectivas bobinas y componentes.
Figura 21. Transformador Elevador (Centrilift, 2012)
40
Un transformador simple consiste de dos enrollamientos de alambre
conductor, muy apretados entre ambos y con un núcleo de hierro, pero
aislados entre ellos.
El enrollado que proviene de una fuente con voltaje de corriente alterna,
se conoce como primario; éste genera un campo magnético que se
transmite a los espirales del otro enrollado, llamado secundario, y produce
un voltaje en este. Los enrollados no están físicamente conectados, pero
se hallan magnéticamente acoplados.
A continuación en la Figura 22 podemos ver un Transformador de 2700
kva con los cables ya conectados para ser usado en el pozo.
Figura 22. Transformador de 2700 kva (Centrilift, 2012)
41
El voltaje es cambiado en proporción exacta en el número de espirales en
cada enrollado. Por ejemplo, si un enrollado de alto voltaje tiene 1000
espirales y está conectado a un circuito de 4160 voltios, en el lado de bajo
voltaje el enrollado de 100 espirales proporcionará 416 voltios.
Los transformadores son adquiridos en ocasiones por empresas que
están asociadas con las compañías operadoras y prestadoras de
servicios.
Al instalar un transformador hay que tomar en cuenta la posición de los
terminales y posteriormente la conexión en cada uno de ellos, ya que al
no colocar adecuadamente los cables en los terminales podemos generar
calentamiento en estos y posteriormente problemas de operación.
A continuación en la Figura 23 podemos observar un transformador
simple, el cual reduce la corriente de 4160 v a 416 v.
42
Figura 23. Transformador simple (Centrilift, 2012)
En un autotransformador hay un solo enrollado, una parte va para el alto
voltaje y otra a la zona de bajo voltaje. No existe aislamiento entre los dos
circuitos.
La corriente alterna de tres fases es producida por generadores que
tienen tres enrollados, cada uno de estos ocupa una posición específica,
en donde el voltaje producido en cada enrollado se desplaza 120 grados
eléctricos del voltaje producido en los otros enrollados; un generador de
cuatro polos, por ejemplo, produce dos ciclos o 720 grados eléctricos,
para una revolución mecánica del rotor (360 grados).
Existen dos tipos de transformadores: de frecuencia y voltaje variable; y,
voltaje variable y frecuencia fija. Los transformadores pueden conectarse
en paralelo para duplicar su potencia en KVA.
BAJO VOLTAJE (416 v) ALTA
CORRIEN
ALTO VOLTAJE
(4160 v)
BAJA
43
2.4. ALTURA DINÁMICA TOTAL (TDH TOTAL DINAMIC HEAD)
Diseñar la cantidad de levantamiento requerido para optimizar la
producción de un pozo con un sistema BES es crítico. Cuantitativamente,
el levantamiento es discutido en términos de altura, La altura (Cabeza)
tiene unidades de longitud, la cabeza es directamente relativa a la presión
por la gravedad específica del fluido.
Con bombas centrífugas, el volumen de fluido bombeado es regulado por
la presión ó cabeza, que bombean en contra. Cuando un bajo
levantamiento es encontrado a la descarga, el volumen bombeado es alto.
Así como la cabeza se incrementa, el volumen decrece, hasta que un
cierre de energía es alcanzado donde el flujo se detiene.
La cabeza total dinámica (TDH) como vemos en la Figura 24 con que la
bomba trabaja en contra en un pozo consiste de tres componentes, como
se muestran en el siguiente gráfico a continuación:
El componente de gravedad, el cual es determinado por la
distancia vertical (H), en que la bomba debe levantar los fluidos
hacia el sistema de superficie.
La fricción en el tubing
La presión de retorno del sistema de producción de superficie.
44
Figura 24. Altura dinámica total (Centrilift, 2012)
La cantidad de levantamiento, o cabeza, pueden ser cambiados
adicionando o sustrayendo etapas de la bomba.
La cabeza que proporciona una etapa es una rata dependiente. La curva
que describe esta relación es llamada curva de capacidad de cabeza.
El agua, teniendo una gravedad específica de uno, es usada en la prueba.
Una curva de capacidad de cabeza como apreciamos en la Figura25
estará disponible para cada bomba, ofrecida por el fabricante.
45
Figura 25. Curva de capacidad de cabeza (Centrilift, 2012)
46
2.5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS EQUIPOS ELECTRO SUMERGIBLES
2.5.1. VENTAJAS
Altas caudales de flujo logrando 50000 BPD y profundidades de
15000 pies.
El equipo de superficie ocupa pequeños espacios.
Puede ser usado en pozos desviados.
Permite el monitoreo diario de posibles problemas rediciendo al
mínimo las fallas a menos que la bomba sufra un atascamiento.
Buena eficiencia de energía, ventajosa si hay acceso a una fuente
de energía económica.
2.5.2. DESVENTAJAS
Limitado en temperatura y consecuentemente en la profundidad.
No trabaja bien con bajas ratas de flujo.
La tubería de producción debe ser sacada del pozo en caso de
falla del sistema BES lo que implica costos de operación y pérdida
de producción.
Baja eficiencia en pozos con altos volúmenes de gas
Sensible a la presencia de sólidos en el pozo.
47
METODOLOGÍA
3.1. PROCEDIMIENTOS PARA EL ARRANQUE Y, RANGOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE EQUIPOS ELECTROSUMERGIBLES.
3.1.1. INTRODUCCIÓN
El cumplimiento de los procedimientos para el control del arranque de los
equipos electro sumergibles es de vital importancia para asegurar que el
equipo esté operando dentro de sus parámetros de diseño y en
consecuencia maximizar su vida útil.
Primero se debe verificar lo siguiente:
Alineamiento.
Dirección de rotación del motor con él acople desconectado.
Lubricación de las chumaceras.
Las bombas lubricadas por aceite no deben ser llenadas con aceite
en la fábrica.
Bombas con prensaestopas pueden estar con las tuercas sueltas.
La bomba debe llenarse con líquido. Si existe algún mecanismo de
cebadura debe operar antes de arrancar la bomba.
3.1.2 ARRANQUE Y OPERACIÓN
Conectar un manómetro combinado en la succión y un manómetro
de presión en la descarga. Conviene instalar válvulas antes del
manómetro, entre éste y la perforación de la brida. Los
48
manómetros son necesarios para verificar la correcta operación de
la bomba.
Antes de arrancar la bomba y especialmente por primera vez, en
caso de chumaceras lubricadas por aceite, con el aceite lubricante
frío y la superficie seca, es importante girar el rotor algunas vueltas,
a mano, con la bomba llena de agua, operando momentáneamente
el interruptor. Así se induce el flujo de aceite lubricante hacia las
superficies de las chumaceras.
Cuando la bomba está llena de líquido, la válvula de succión
abierta y la unidad totalmente lista, observar el vacío ó presión
estática en el manómetro de succión; arrancar el motor y observar
que la bomba alcanza su velocidad en forma suave. La bomba
debe operarse por corta tiempo con la válvula de descarga cerrada
sin recalentamiento o daño.
Si es necesaria una prueba en las condiciones anteriores por
mayor tiempo, se debe mantener abierta la válvula de venteo para
desalojar aire de la bomba y del sistema.
Cuando se considere que la bomba está en condiciones
satisfactorias se procede a ponerla en servicio, cerrando la válvula
de venteo y abriendo la válvula de descarga lentamente. En este
momento, si la presión en el manómetro de succión se reduce
considerablemente respecto a la indicada con la bomba en reposo
o si la presión de descarga no registra el momento en que el rotor
está en su velocidad de operación o cerca, se debe parar el motor
y verificar que la apertura de las válvulas en la succión de la bomba
sea la correcta. No operar la bomba hasta estar seguro del
suficiente abastecimiento de líquido y de la no-existencia de
obstrucciones.
49
En algunas instalaciones después de la operación inicial de
arranque, la línea de descarga se llena, y este líquido produce
buena cabeza para propósitos de arranque. Es posible en estos
casos, una vez cebada la bomba, arrancar con las válvulas de
succión y descarga abiertas.
Debemos ser cuidadosos con ciertas partes o dispositivos como lo
son:
- Chumaceras: Deben ser observadas con cuidado para
detectar señales de calentamiento.
- Empaquetaduras: Deben ser examinadas para verificar
que no estén ocasionando desgaste, corte o rayadura en la
camisa del eje.
- Siempre es permitido un pequeño goteo líquido que salga
de la empaquetadura, éste la lubrica evitando que se
queme si opera seca. Un goteo de 60 gotas por minuto
asegura una lubricación apropiada.
- Operación a Capacidad Baja: No se debe operar la
bomba por períodos largos a baja capacidad debido al
calentamiento y a la posibilidad de otros daños. En caso
necesario, se deberá instala un desvío (by pass)
permanente en la descarga a la succión, de un tamaño
igual a 1 / 5 del diámetro de la descarga. Si se aumenta la
capacidad de demanda de la bomba, este desvío se debe
guardar bien seas en forma manual o automática.
- Tuercas de la empaquetadura sueltas al iniciar: Con
presiones de succión bajas, las empaquetaduras deben
dejarse flojas en la mayoría de los tipos fabricados, hasta
que la bomba este en operación. (Esto permite el flujo libre
de líquido por la empaquetadura).
50
- Parada de la bomba: Normalmente existe una válvula de
retención o cheque en la línea de descarga cerca de la
bomba. En este caso, la bomba es parada, parando el
motor. Luego se cierran las válvulas en el siguiente orden:
Descarga, Succión y cualquier otra conexión que llegue a
la bomba o al sistema.
Si el flujo es a alta presión, para evitar la producción de choques en
líneas y en la bomba, es necesario cerrar primero la válvula de
descarga y luego para la bomba.
Las bombas centrífugas pueden operar por largo tiempo
prácticamente sin atención o supervisión estrecha, distinta a
observar la existencia de un ligero goteo por la empaquetadura y
que las chumaceras estén lubricadas correctamente.
3.1.3. DETALLES DE ARRANQUE Y OPERACIÓN
1. Los mecanismos de lubricación de la bomba deben asegurar
un suministro continuo de lubricante limpio y seco durante todo
el tiempo que la bomba esté en servicio.
2. Si los rodamientos usan grasa en vez de aceite, los
accesorios de la grasa deben engrasarse rutinariamente. No se
deben sobre engrasar los rodamientos.
3. La temperatura del equipo de bombeo puede aumentar bien
sea por el proceso o por la fricción. Las partes que no puedan
tolerar aumentos de la temperatura, se deben proteger con
sistemas de enfriamiento.
51
4. Si la bomba maneja líquido caliente, la caja de empaques de
ordinario se enfría para prevenir daños en el empaque.
5. La superficie de los sellos mecánicos se deben enfriar.
6. La carcasa de los rodamientos puede enfriarse para
mantener las luces adecuadas en los rodamientos. Si un
rodamiento se sobrecalienta, se expande y se pega al eje.
7. Las bases de la bomba pueden enfriarse para mantener la
alineación entre la bomba y el motor.
8. Antes de arrancar la bomba deben chequearse los sistemas
completas de enfriamiento y calentamiento.
9. Una bomba que maneje líquidos calientes, debe calentarse
antes de arrancarse para prevenir daños por expansiones
desiguales en las partes. Las expansiones desiguales pueden
permitir el contacto entre las partes estacionarias y las móviles.
10. La bomba debe calentarse gradualmente, circulando
lentamente líquido caliente a través de ella.
11. Después de chequearse la lubricación del motor, si el eje
de la bomba es accesible, se debe girar con la mano para ver
si este listo para girar.
12. Cuando un motor sé reacondiciona o se instala
nuevamente para servicio, debe chequearse la dirección de la
rotación de su eje antes de acoplar la bomba.
13. Las válvulas deben colocarse adecuadamente, para evitar
bombeo a un sitio equivocado.
52
14. Cuando sea práctico, se arranca la bomba con la descarga
cerrada o casi cerrada. Cerrando la válvula de descarga, la
tasa de bombeo disminuye.
15. Los requerimientos de potencia disminuyen al disminuir la
tasa de bombeo y es menos probable que el motor se
sobrecargue.
16. A bajas tasas, es menos probable que la bomba pierda
succión.
17. Si la válvula de succión se cierra, no puede entrar ningún
líquido a la bomba. La bomba se arranca con la válvula de
succión abierta.
18. Una bomba centrífuga se arranca con la válvula de
descarga cerrada; la válvula de succión está siempre abierta.
19. Una bomba auxiliar con dispositivo automático de arranque,
debe mantenerse con las válvulas tanto de succión como de
descarga abiertas.
20. Las bombas centrífugas nunca deben arrancar vacías
porque se sobrecalientan. Antes de arrancarse, las bombas se
ceban llenando la carcasa con líquido.
21. La línea de succión de la bomba, debe estar siempre llena
de líquido.
22. La línea de succión está de ordinario provista de válvulas
de venteo en los puntos altos, por las cuales se puede ventear
el vapor.
53
23. Con el motor funcionando adecuadamente la bomba está
lista para arrancar así: Todos los venteos y drenajes están
cerrados, se han chequeado todos los sistemas de lubricación
y enfriamiento; las líneas de calentamiento con vapor están
funcionando; las válvulas de succión y descarga están en la
posición adecuada; la bomba está cebada.
24. Se arranca la bomba.
25. Cuando la bomba alcanza su velocidad, la válvula de
descarga se abre nuevamente.
26. Si la presión de descarga permanece normal y estable, la
bomba ha tomado succión y opera como debe.
27. El líquido puede vaporizarse y la bomba pierde succión. Si
la bomba opera por algún tiempo con la válvula de descarga
cerrada, se puede sobrecalentar.
28. Si la presión de descarga no sube o si sube y luego cae
otra vez, la bomba probablemente ha perdido su succión.
29. Si la bomba pierde su cebo, debe apagarse y cebarse de
nuevo.
30. Se debe chequear la bomba para que no haya escapes en
la carcasa, caja de empaques, bridas y venteos. El prensa-
empaques se chequea para ver que el escape sea suficiente
para la lubricación, no excesivo.
54
31. La temperatura del empaque y del rodamiento se chequea
de ordinario. Un aumento de temperatura puede ser indicio de
una lubricación o enfriamiento deficientes o probablemente
mecánicos.
32. Se debe chequear el acople para ver que el lubricante no
este escapando.
33. Si se detectan ruidos anormales, debe determinarse de
inmediato la causa.
34. Puede ser necesario corregir las condiciones de bombeo.
Si el problema mecánico es la bomba debe apagarse.
35. Se apaga la bomba cuando debe ponerse fuera de servicio.
36. Las válvulas de succión y de descarga se cierran y todo el
líquido se drena desde la bomba a un sitio seguro.
37. Se ponen fuera de servicio los sistemas de lubricación y de
enfriamiento. Si hay posibilidades de congelación, debe
drenarse toda el agua del sistema de enfriamiento.
38. Si se drena la bomba completamente, se cierran las
válvulas de succión y de descarga muy bien.
39. Las líneas de vapor de calentamiento se dejan prendidas o
apagadas, dependiendo de la situación de operación.
40. Si se van a efectuar trabajos en la bomba, en el sitio en que
está colocada, se deben poner ciegos en las líneas de proceso.
55
41. Si la bomba se va a lavar a reparar, se purga o se lava, se
desconecta de la base y se instalan ciegos en las líneas de
proceso.
42. Los vapores o líquidos peligrosos se purgan de la bomba
con un material inerte.
43. Si una bomba se instala como auxiliar o repuesto, se puede
dejar operando los sistemas de enfriamiento y lavado, y
abiertas las válvulas de succión y descarga; la bomba está lista
para arrancar u operar.
44. Una válvula cheque en la línea de descarga, impide el
contra-flujo de líquido hacia la Bomba Auxiliar.
45. Durante la apagada la válvula cheque debe cerrar
automáticamente. Si el líquido escapa a través de la bomba
auxiliar, el sistema de bombeo pierde capacidad.
Las curvas características de cada bomba están descritas por un conjunto
de coeficientes de ecuaciones polinómicas. Estos coeficientes pueden ser
utilizados para determinar altura, potencia o eficiencia a cualquier caudal
de cada tipo de bomba. La curva de una bomba, en los catálogos está
trazada para una etapa a 50hz o 60 Hz, utilizando agua (Sp.Gr=1) como
fluido de ensayo.
El eje Y, lado izquierdo representa la altura de elevación (Head), mientras
que el lado derecho representa la potencia consumida y la eficiencia del
sistema.
El eje X representa en m3/d el caudal de cada etapa.
56
Tres son las curvas características:
Altura de Elevación.
Potencia Consumida.
Eficiencia del Sistema.
La curva de Altura de Elevación (Head): Es la capacidad de
elevación de cada etapa en función del caudal, correspondiendo el
valor máximo para caudal cero (válvula cerrada).
La curva de Consumo (HP): Nos indica los HP que requiere cada
etapa en función del caudal producido.
La curva de Eficiencia (EF): Nos da un porcentaje de cuán
eficiente es la transformación de la energía mecánica en energía
hidráulica, en función del caudal, para cada etapa.
También se encuentran las curvas de bombas a velocidad variable, es
decir frecuencia variable. En ella está representada la performance de
una etapa a distintas frecuencias de funcionamiento.
A continuación se muestra las curvas características de algunos modelos
de bombas utilizados para la producción de bajos caudales:
57
A continuación en la Figura 26 observamos los Modelos de Bombas
Utilizadas para Bajos Caudales.
Figura 26. Modelos De Bombas Utilizadas Para Bajos Caudales (Baker Hughes, 2012)
58
A continuación en la Figura 27 observamos los Modelos de Bombas
Utilizadas para Bajos Caudales, con diferentes HP y diferente Frecuencia.
Figura 27. Modelos De Bombas Utilizadas Para Bajos Caudales (Baker Hughes, 2012)
59
En la Figura 28 observamos los Rangos de Operación Recomendados, de
acuerdo al caudal y a la altura donde se encuentra el fluido.
Figura 28. Rangos De Operación Recomendados (Baker Hughes, 2012)
60
3.2. MANTENIMIENTO DE EQUIPOS ELECTROSUMERGIBLES
Durante la operación del equipo BES pueden ocurrir diversos problemas y
que pueden impactar negativamente en los costos y rentabilidad del
proyecto BES, si es que no se identifican o no se realizan las medidas
preventivas del caso para evitar las fallas prematuras ocasionando
cuantiosas pérdidas y en algunos casos cancelación de proyectos BES.
El objetivo principal consiste en la detección de fallos en fase inicial para
solucionarlos de inmediato, si es posible, o en el momento oportuno si no
lo es. Estas inspecciones contemplan las siguientes tareas sobre la
bomba:
Inspección visual para detectar fugas en tuberías.
Inspección visual para la detección de fugas en el sello del eje
(reapriete de empaquetadura si es posible).
Inspección del nivel de aceite en el cuerpo de rodamientos.
Medida de temperatura en el cuerpo de rodamientos y motor.
Inspección de ruidos y vibraciones excesivas en el cuerpo de
rodamientos, en el acoplamiento de la bomba y en el motor de
accionamiento.
Comprobar el correcto caudal del agua de refrigeración al sello del
eje, si existiese.
Inspección visual del correcto estado general de conexiones
eléctricas.
61
Estas inspecciones rutinarias generan una serie de órdenes de trabajo a
realizar sobre el equipo, que llegarán al departamento correspondiente a
través del software GMAO y que se convertirán en el histórico de
intervenciones sobre la bomba en concreto. Pueden generarse trabajos a
realizar con la instalación en marcha, en caso de que pueda pararse el
equipo (llenando tinas, realizando un bypass, etc.) o trabajos que serán
programados durante la siguiente parada de la instalación.
Las ventajas de realizar estas rutas de inspección sobre las bombas
centrífugas de fábrica son las mismas que las generadas por un
mantenimiento preventivo sobre otros tipos de equipos, a saber:
Confianza, se conoce el estado y funcionamiento de las bombas.
Disminución del tiempo de parada por fallo mecánico de la bomba.
Mayor duración del equipo y la instalación.
Ajuste de existencias de repuestos en almacén (sólo críticos y de
mayor consumo).
Programación de trabajos a realizar en marcha y parada,
uniformidad de la carga de trabajo.
Bajo coste de reparación de bombas.
Los trabajos correctivos más comunes que se realizan sobre una bomba
centrífuga por parte del departamento de mantenimiento mecánico son la
reparación de fugas tanto en bridas como en tuberías de aspiración e
impulsión, aperturas de la bomba para extracción de elementos que
producen atascos, cambio de impulsores por desgaste, cambio del cuerpo
62
de rodamientos, cambio del cierre mecánico y dinámico, empaquetado del
eje y cambio del acoplamiento por deterioro.
Es esencial que la bomba se instale de acuerdo a unos protocolos de
montaje estrictos y siempre siguiendo las instrucciones del fabricante.
Se deberán tener muy en cuenta las tensiones máximas transmitidas a las
bridas de aspiración e impulsión, por ello es esencial que las tuberías
estén correctamente montadas para no sobrepasar los límites de carga
indicados en las tablas del fabricante y, además, facilitar el mantenimiento
posterior. Igualmente es importante, a la hora del montaje, rellenar un
formato de alineación del motor y bomba y archivarlo para tener un control
del estado del equipo en su primera puesta en marcha.
3.2.1. PROGRAMACIÓN DEL MANTENIMIENTO
El mantenimiento programado lo podemos dividir en dos partes:
Mantenimiento preventivo.
Mantenimiento predictivo.
Ambos sistemas están basados en revisiones periódicas programadas a
los equipos pero se diferencian fundamentalmente en los medios que se
utilizan para las revisiones y en las frecuencias de éstas. Mientras el
mantenimiento preventivo elabora una orden de trabajo para que una
bomba hidráulica se saque de servicio, se desacople, se desarme, se
examinen rodamientos, el eje, el impulsor, los anillos de desgaste, la
carcasa, el acople, etc., como una revisión anual; el mantenimiento
predictivo saca una orden bimestral ordenando observar la bomba en
operaciones normales, comprobar la temperatura de los rodamientos,
tanto en la bomba como en el motor, hacer un análisis de vibraciones en
cada apoyo de los elementos en rotación ( de este análisis se obtiene el
63
estado de los rodamientos, el alineamiento del eje, el posible desbalanceo
del impulsor debido a desgastes internos, posibles torceduras en el eje de
la bomba ), observar el desempeño de la bomba con respecto a la curva
de rendimiento y caballaje, y observar si existen posibles fugas, para ello
se saca la bomba de servicio media hora, se drena y se hace la medición
con un equipo ultrasonido, pudiéndose reanudar la operación
inmediatamente.
Del análisis de las revisiones efectuadas se toma la decisión, si es el
caso, de programar una reparación del equipo, la cual incluiría el posible
cambio de las partes que el análisis haya mostrado como defectuosas. En
el mantenimiento preventivo es frecuente que en la misma revisión se
tome la decisión de cambiar estos elementos y no sea necesario
programar una posterior reparación. Los dos métodos tienen sus ventajas
y desventajas, veamos.
3.2.1.1. Mantenimiento Preventivo
Frecuentemente no necesita programación.
No necesita equipos especiales de inspección.
Menos costoso de implementar.
Da menos continuidad en la operación.
Menos confiabilidad (aunque es alta).
Más costoso por mayor mano de obra.
Más costoso por uso de repuestos.
3.2.1.2. Mantenimiento Predictivo
Siempre que hay un daño necesita programación.
Necesita equipos especiales y costosos.
Necesita personal más calificado.
Costosa su implementación.
64
Da más continuidad en la operación.
Más confiabilidad.
Requiere menos personal.
Los repuestos duran más.
65
ANÁLISIS DE RESULTADOS.
4.1. EJEMPLO DE UN DISEÑO
Se dispone de un pozo productor de la siguiente características detallado
a continuación y que se ha decidido completar con levantamiento artificial
eléctrico, por lo que se ha optado en simular el dimensionamiento de
equipos con un programa (software) computarizado.
Datos:
Pozo = Anaconda 2
Ps = 3215 psi
Pwf1 = 1800 psi
Q1 = 916 bfpd
SGg = 0.8
ºAPI = 28.1
GSW = 1.03
Temperatura de fondo del pozo BHT = 220ºF
Temperatura del fluido en el cabezal = 120ºF
GOR = 277scf/Bl
BS&W = 10%
Profundididad de las perforaciones = 9798 ft
Casing = 9 5/8”
Tubing = 2 7/8”
66
4.1.1. DESARROLLO DEL PROGRAMA
4.1.1.1.Menú Principal
En la Figura 29 observamos todo el Menú y la Información del Pozo que
ingresamos en el programa para poder realizar el diseño BES
Figura 29. Información general del pozo (Centrilift, 2012)
67
Tabla 1. Traducción del Menú Principal del Software para Diseño de un Sistema BES.
Fuente: Baker Hughes, 2013
1. Cálculo del IPR – IP A. Costo del cable de poder
2. Cálculo del Gas Libre B. Costo de la bomba
3. Pérdida de Fricción en la
Tubería
C. Dimensiones de los cables y de
las tuberías API
4. Presión de Flujo D. Cálculo del espacio libre del
cable
5. Cálculo de la TDH en la Bomba F. Datos del IP/IPR
6. Catalogo para calcular la curva
de la bomba
G. Curva de la bomba/IP/IPR
7. Motor HP, RPM, y AMPS H. Cálculo del fluido sobre la
bomba
8. Velocidad del fluido por el motor I. Cálculo del Factor – Z
9. Temperatura de la bomba y el
motor
J. Cálculo del nivel de fluido
10. Temperatura del cable K. Información del programa
68
A continuación en la Figura 30 vemos Las Correlaciones que vamos a
utilizar en el programa.
Figura 30. Correlaciones para predicción de Flujo.
(Centrilift, 2012)
Figura 31. Ingreso de Datos del Pozo. (Centrilift, 2012)
69
En la Figura 32 podemos observar los Criterios para el dimensionamiento,
además tenemos la proyección a un año, datos que nos servirán para
determinar la vida útil del pozo.
Figura 32. Criterios para el dimensionamiento (Centrilift, 2012)
70
Como podemos ver a continuación en la Figura 33, la Descripción del
Sistema y Proyección a un Año, nos da información detallada del sistema
ya seleccionado.
Figura 33. Descripción Del Sistema Y Proyección A Un Año
(Centrilift, 2012)
71
En la Figura 34 vemos la Descripción del Sistema y Proyección a un Año,
utilizando una bomba se serie 400 y de 330 etapas.
Figura 34. Descripción del sistema y proyección a un año
(Centrilift, 2012)
72
A continuación en la Figura 35 vemos la Descripción del Equipo de
Superficie que vamos a utilizar en este pozo.
Figura 35. Descripción del equipo de superficie
(Centrilift, 2012)
73
En la Figura 36 a continuación podemos observar un Resúmen y Criterio
de Selección del equipo a ser instalado en el pozo Anaconda 2
Figura 36. Resumen Y Criterio De Selección Del Equipo Bes
(Centrilift 2012)
74
A continuación en la Figura 37 observamos La Curva de la Bomba para
el Caso Base con una rata de 2800 BPD a una frecuencia de 60 Hz
Figura 37. Curva De La Bomba Caso Base (Centrilift, 2012)
75
Como podemos observar en la Figura 38, la proyección a un año la
frecuencia disminuye a 50Hz, con una rata de 1000 BPD.
Figura 38. Curva De La Bomba – Proyección A Un Año (Centrilift, 2012)
76
En la Figura 39 observamos el comportamiento que tiene la bomba a
diferentes ratas de producción
Figura 39. Curva Y Comportamiento De La Bomba (Centrilift, 2012)
77
El comportamiento del motor como se observa en la Figura 40, es idéntico
al comportamiento de la bomba, ya que estos dos van de la mano para
que este sistema alcance las expectativas del cliente.
Figura 40. Comportamiento Del Motor (Centrilift, 2012)
78
Al pasar el tiempo como todo equipo, la bomba electrosumergible pierde
sus propiedades de funcionamiento, como nos indica la Figura 41 a
continuación.
Figura 41. Comportamiento Del Motor - Proyección A Un Año (Centrilift, 2012)
79
4.1.2. DIMENSIONES DE LOS CABLES
Este programa como vemos en la Figura 42 calcula el espacio entre el
cable de poder, el tubing y el casing o tubería de revestimiento. Los
cálculos son del Manual de Reda. Para espacios menores a 0.5, deben
ser utilizados con mucho cuidado.
Figura 42. Dimensiones De Cables (Baker Hughes, 2012)
80
En la Figura 43 podemos observar el dimensionamiento de los cables que
vamos a utilizar en este diseño BES.
Figura 43. Dimensiones De Los Cables Centrilift En Pulgadas Nominales (Baker Hughes, 2012)
81
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
5.1 CONCLUSIONES:
Para el diseño de las bombas electro sumergible, se escogieron los
equipos de Baker Centrilift por la amplia aplicación que esta tiene
en el campo y disponer de suficiente información técnica. Los
programas de diseño corresponden a la compañía BES.
Un sistema de bombeo electro sumergible puede operar bajo dos
modalidades, así: con frecuencia fija de 60Hz o con frecuencia
variable de acuerdo a las necesidades de producción.
La operación de las bombas electro sumergible con variadores de
frecuencia, nos permite optimizar la producción del pozo incluso
cuando haya una declinación estimada.
En el momento de arranque de un motor de una BES, hay una
demanda de corriente transitoria pero significante que normalmente
es de alrededor es 5 veces el valor de la corriente de operación del
motor. Esta incluso podría ser tan grande como 8 veces (o más) en
los pozos profundos. Esta corriente transitoria es necesaria para
magnetizar las laminaciones del motor, carga el cable, etc. Pero no
hay forma de eliminar esto, excepto que se utilice un arrancador
VSC para un arranque suave.
Debe considerarse el uso de centralizadores para ayudar en la
entrada del colgador (liner)
82
Debe usarse protectores de cable plano para evitar posibles
daños en el cable del motor.
Debe considerarse protectores de cable del tipo " acople" para la
tubería debajo del colgador y proteger el cable de potencia.
A pesar de que el gas libre tendrá un poco de densidad el efecto se
puede ignorar en la gradiente total del dimensionamiento.
Si la productividad del pozo tiende a la baja y se decide realizar un
trabajo de reacondicionamiento del pozo, sería una muy buena
idea revisar el índice de productividad esperado, en lugar de
reemplazar el equipo por otro de similar tamaño. Un trabajo de
reacondicionamiento incrementa la productividad del pozo y se
podría obtener una tasa superior a la original (con la primera
bomba). Si esto ocurre será necesario rediseñar el equipo ya que
probablemente se deba utilizar una bomba de mayor volumen y/o
algunas etapas más o menos según el caso.
Colocar el sello del fleje en el espacio entre el cable y la tubería y
presionar para sellar lentamente para evitar que las esquinas del
fleje se inserten en el cable dañándolo, generalmente se usa 2
flejes por tubo. Esto dependerá del tipo de cable a instalar y de la
profundidad a la que ha de asentarse la bomba. Siempre se debe
colocar el cable en línea recta sobre el tubo y no debe permitirse
que el cable se enrosque en la tubería.
Cuando se trabaje cerca de la caja de conexiones siempre hay que
asegurarse de que la energía ha sido suspendida anteriormente.
La única excepción a esto es cuando se están realizando
mediciones de amperaje y voltaje después de haber arrancado el
equipo.
83
5.2 RECOMENDACIONES:
Aunque el equipo BES haya sido correctamente diseñado una
instalación incorrecta seguramente causará una falla. Una
apropiada instalación y manejo de los equipos serán determinante
en el futuro de la operación.
Las compañías de producción deben adoptar prácticas que sean
compatibles con sus procedimientos normales y que a la vez
permitan realizar un buen trabajo con unidades BES que finalmente
se reanudará en beneficio de la propia operación.
Una vez que las cajas están ubicadas y abiertas es una buena idea
controlar todos los equipos de subsuelo contra las notas de entrega
y también contra la cotización para asegurar que se ha recibido el
equipo correcto.
Verificar el tipo de colgador de tubería, las dimensiones y peso del
revestidor, dimensiones de la tubería de producción y el sistema de
conectores para el cabezal del pozo
Antes de instalar la unidad es necesario controlar el cable. El
aislamiento del cable debe ser de alrededor de infinito para
mediciones entre fases y de cada una de ellas con respecto a
tierra; para ello es necesario quitar la tapa del MLE y medir.
Las puntas del cable en el otro extremo deben estar limpias, secas
y espaciadas unas de otras y todas alejadas del cuerpo del carrete
84
GLOSARIO DE TÉRMINOS
Aislamiento Sistema o dispositivo que impide la transmisión de la electricidad, el calor, el sonido.
Adaptadores Dispositivo que sirve para acomodar elementos o herramientas de distinto uso.
BES Bombeo electrosumergible.
Bomba Centrifuga Equipo utilizado para levantar fluidos de alta viscosidad.
BPD Barriles por día.
Chumacera Pieza de metal o madera con una muesca en la cual gira cualquier eje de una máquina.
Ciclo Periodo de tiempo o cierto número de años que, acabados, se vuelven a contar de nuevo.
Conductor Cuerpo que se encarga de conducir el calor o la electricidad.
Corriente Magnitud física que expresa la cantidad de corriente que fluye por un conductor en la unidad de tiempo.
Corrosión Destrucción paulatina de los cuerpos metálicos por acción de agentes externos.
GOR Relación Gas Petróleo
85
HP (Horse Power) Caballos de fuerza
IP Índice de Productividad
Lower Tándem Bombas que tienen incorporado un intake integral en la base.
Manómetro Instrumento cuya función es medir y dar lectura de presión.
Presión Magnitud física que expresa la fuerza ejercida por un cuerpo sobre la unidad de superficie.
RPM Revoluciones Por Minuto
TDH (Total Dinamic Head)
Altura Dinámica Total.
Transformador Equipo eléctrico utilizado para convertir corriente alterna de alta tensión y débil intensidad en otra de baja tensión y gran intensidad o viceversa.
Single Configuración de una bomba con conexiones bridadas, las cuales permiten ciertos números de secciones para ser conectadas.
Voltaje Cantidad de voltios que actúan en un sistema eléctrico.
VSD (Variable Speed Drive)
Controlador de Velocidad Variable.
Well Head Cabezal del Pozo.
86
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http://www.slideshare.net/daviddesing/bombeoelectrosumergible-
bombas-centrifugas
89
ANEXO 1
TÍPICO EQUIPO ELECTROSUMERGIBLE.
90
ANEXO 2
CAPACIDADES Y RANGOS DE OPERACIÓN
91
ANEXO 3
TIPOS DE CABLE
92
ANEXO 4
COMPLETACIÓN DEL POZO DE APLICACIÓN
