6-7 Bombeo Neumático

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Sistemas Artificiales de Producción

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Definición El Bombeo Neumático Continuo (BNC) es el sistema artificial de producción más utilizado en nuestro país, ya que aproximadamente el 50% de los pozos productores están operado con este sistema, es utilizado en pozos con alto índi índice ce de prod produc ucti tivi vida dadd (>0. (>0.55 bl/d bl/día ía/p /psi si)) y pres presio ione ness de fond fondoo alta altas. s. El BNC consiste en inyectar gas a alta presión con la fina fi nalilida dadd de al alig iger erar ar la co colu lumn mnaa de fl flui uido dos, s, redduc re uciien endo do la pre resi sión ón de fo fond ndoo del poz ozoo, Pwf. © 2006Weatherford. All rights reserved.

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Definición El Bomb Bombeo eo Neum Neumát átic icoo es un méto método do de leva levant ntam amie ient ntoo arti artifi fici cial al medi median ante te el cual cual se iny inyecta ecta cont contin inua uame ment ntee gas gas a alta alta pre presión sión para ara alig aliger eraar la colu colum mna hidr hidros ostá táti tica ca en el pozo pozo (flu (flujo jo cont contin inuo uo), ), o en form formaa cícl cíclic icaa para para desp despla laza zarr la produ cc cci ón ón en forma de tapon es es de l íq íq ui uido has ta ta la su pe perfici e (fl uujj o inter intermi mite tent nte) e) . CONTINUO

INTERMITENTE

Mecanismos involucrados: • Disminución de la densidad • Expansión del gas inyectado • Desplazamiento del líquido

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Efecto del gas en la TP L os os efect os os del gas d en en tr tro de la tuberí a de Pr Prod oduc ucci ción so son: n:

Reducción de densidad

Expansión Desplazamiento de De Gas baches de líquido por burbujas de gas



Reducción de la densidad de la column columnaa de fluidos fluidos



Expansión del gas conforme las condicio condiciones nes de presi presión camb cambia iann a lo larg largoo de la prof profun undi dida dadd



Empuje de baches de lí quido quido cuando las burbujas son sufici en en te tement e grandes para llenar el diámetro interno de la TP.


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Definición ozo co n flu flujo jo natu natural ral, cuan cuando do el flui fluido do viaj viajaa En un p oz haci a la superfici e, e, l a presi ón ón d e la colu mn mna d e flui fluido do se redu reduce ce,, el gas gas se libe liberra de la solu soluci ción ón y el gas gas libr libree se expa expand nde. e. El gas, as, sie siendo ndo más más lige ligero ro que que el acei aceite te,, lo desp despla laza za,, redu reduci cien endo do la dens densid idad ad del del fluido y el peso de la columna de fluido sobre la formación. Esta red reducci ucción ón del del peso peso de la colum olumna na del del flui fluido do Esta prod produc ucee que que la presi resión ón dife difere renc ncia iall entr entree el pozo pozo y el yaci yacimi mien ento to ocas ocasio ione ne el fluj flujoo en el pozo pozo..


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Reseña del Bombeo Neumático Continuo Al inicio del siglo antepasado, se utilizó el aire como fuente de bombeo neumático, pero debido a los problemas de corrosión y al peligro potencial de una explosión por las mezclas de gases formados, se opto por utilizar gas natural. Actualmente el gas natural continúa siendo la fuente principal del bombeo neumático a pesar de que se ha utilizado el nitrógeno en algunos casos. En ciertas ocasiones se ha mal interpretado el concepto del gas utilizado para bombeo neumático, suponiendo que el volumen comprimido diariamente para este fin, es acumulado durante todo el año; lo cual es incorrecto, ya que este volumen solo se recircula durante la vida del proyecto, por lo que la operación del bombeo neumático no requiere de excedentes de gas. © 2006Weatherford. All rights reserved.

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Bombeo Neumático Continuo


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Reseña del Bombeo Neumático Continuo Carl Emamanuel Loschers (Ingeniero Minero Alemán) aplicó aire como un medio para elevar líquido en experimentos de laboratorio en 1797. 

La primera aplicación práctica del Bombeo Neumático Continuo con aire fue en 1846, cuando un americano llamado Crockford produjo aceite en algunos pozos de Pennsylvania. 

La primera patente en Estados Unidos para Bombeo Neumático con gas, llamado “eyector de aceite” fue otorgado a A. Brear en 1865. 


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Reseña del Bombeo Neumático Continuo 

1864-1900: En este periodo se produce mediante la inyección de

aire comprimido a través del espacio anular o de la tubería de producción. Empleando este método en varias minas inundadas. 

1900-1929: Se suscita el “boom” del empleo de aire en el área de la

costa del golfo para el BNC. 1929-1945:

En este periodo se otorgan patentes a cerca de 25,000

válvulas de flujo diferentes. Se presentan gastos más eficientes, causados por el desarrollo de estas válvulas. Ya se emplea el gas natural como gas de BNC


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Reseña del Bombeo Neumático Continuo  1945

al presente: Desde el fin de la segunda guerra mundial las válvulas operadas por presión han reemplazado prácticamente a todos los demás tipos de válvulas de Bombeo Neumático. 1957: Introducción de válvulas de Bombeo Neumático recuperables con línea de acero. 



1980. Inyección con Nitrógeno y válvulas eléctricas.

1990. BNC con tubería flexible y motocompresores a boca de pozo (México).  2000 al presente: se esta empleando el BN en terminaciones inteligentes. 



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P l G a a n s t a M d V e a á d A n l e l d v C t r u o a i l m P l p a r e s r e s e s s i i ó ó n n

Infraestructura BNC

BNC


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Infraestructura BNC THP CHP

Inyección Gas Alta Presión

Planta de Compresión

Válvulas y Mandriles


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Ventajas

BNC Desventajas


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Ventajas BNC Pocos problemas al manejar gran volumen de sólidos Sin dificultad para operar pozos con alta RGL Manejo de grandes volúmenes en pozos con alto IP Reacondicionamientos con unidad de “Wireline” Muy flexible para cambiar de continuo a intermitente Opera en pozos con terminaciones desviadas Discreto en localizaciones urbanas La corrosión usualmente no es adversa Fuente de poder ubicable, alejado de la localización Aplicable en costa afuera


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Desventajas BNC Disponibilidad del gas de inyección Dificultad para manejar emulsiones Problemas con líneas de superficie obstruidas Formación de hidratos y congelamiento del gas Experiencia mínima necesaria del personal

La TR debe de resistir presiones elevadas

Emulsión: Es una mezcla de dos líquidos inmiscibles de manera más o menos homogénea (aceite – agua) © 2006Weatherford. All rights reserved.

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Factores que afectan al BNC (Considerar en el diseño-operación) Presión en la tubería de revestimiento y línea de descarga  Profundidad de inyección  Tamaño de la T R, TP y LD presión y temperatura del  Profundidad, yacimiento  Índice de Productividad del pozo  % de agua  Rs y gas libre en el fluido producido  Presión de separación  Desviación del pozo 


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Otras consideraciones Suministro de gas Distribución del sistema de gas de BNC  Medición y control del gas de inyección  Muestreo, pruebas y manejo de los fluidos producidos  Casos de diseños especiales  


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Rangos de aplicació n Rango Típico Profundidad 1,000-3,000 m Injection Gas In

Volumen 100-10,000 BPD Temperaturas 100-250oF

Máximo 5,000 m 30,000 BPD 400oF

SidePocket Mandrel with Gas Lift Valve

Desviación 0-50º


70º radio de bajo a medio


Single Production Packer

Completion Fluid

   

Resistente a corrosión Excelente con el manejo de sólidos Utiliza sistemas de compresión Eficiencia del sistema 10%-30%


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Bombeo Neumático El sistema consiste de cuatro partes fundamentales: 1. Fuente de gas a alta presión: Estación de compresión, pozo productor de gas a alta presión o compresor a boca de pozo. 2. Un sistema de control de gas en la cabeza del pozo, válvula motora controlada por un reloj o un estrangulador ajustable (válvula de aguja). 3. Sistema de control de gas subsuperficial (válvulas de inyección). 4. Equipo necesario para el manejo y almacenamiento del fluido producido. © 2006Weatherford. All rights reserved.

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Bombeo Neumático Continuo


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Tipos de diseño para BN Hay dos tipos de diseño en la operación de los sistemas de BN: 1. Para instalación de flujo continuo. 2. Para instalación de flujo intermitente. Flujo continuo: inyección controlada de gas. Flujo intermitente: flujo bache. INTERMITENTE

CONTINUO

B.N. Continuo:

Apertura variable

Válvulas B. N.Intermitente: Asiento Amplio


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Bombeo Neumático Continuo Para el diseño del aparejo de válvulas de flujo continuo se toman en cuenta las siguientes condiciones: •Profundidad del intervalo productor. •Diámetro de la tubería de producción. •Diámetro de la tubería de revestimiento. •Presión de gas disponible. • Volumen de gas disponible. • Volumen de fluido por recuperar. •Gradiente de presión estática. •Gradiente de presión fluyendo.


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Mecanismo de las válvulas subsuperficiales del Bombeo Neumático  Válvulas

(Pc).

sensibles a una determinada presión actuando en la TP (P t) o en la TR

Generalmente son clasificadas por el efecto que la presión tiene sobre la apertura de la válvula. 


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Válvulas de Bombeo Neumático (fundamentos)


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Componentes de las válvulas de BN Una válvula de BN está compuesta de:

• Cuerpo de la válvula • Elemento de carga (resorte, gas o una combinación de ambos)

• Elemento de respuesta a

una presión (fuelle de metal, pistón o diafragma de hule)

• Elemento de transmisión (diafragma de hule o vástago de metal)

• Elemento medidor (orificio o asiento)


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Clasificación de las válvulas de BN

Las válvulas de Bombeo Neumático se clasifican en: a) Válvulas desbalanceadas. b) Válvulas balanceadas.


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Válvulas desbalanceadas Son aquellas que tienen un rango de presión limitado por una presión de apertura y por una presión inferior de cierre. Este tipo de válvulas se divide en: a) Válvula operada por presión del gas de inyección (válvula de presión). Sensible a la presión en TR. b) Válvula reguladora de presión (válvula proporcional). Sensible a la presión en TR o TP (cierre). c) Válvula operada por fluidos de la formación. Sensible a la presión en TP. d) Válvula combinada. Sensible a la presión en TP (apertura) y TR (cierre) © 2006Weatherford. All rights reserved.

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Pd Ab

Pt

Pc

CERRADA

Ap

ABIERTA

Pd Ab Pc Pt


Ap

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a) Válvula desbalanceada operada po r l a presión del gas de inyección Generalmente se conoce como válvula de presión. Se requiere un aumento de presión en el espacio anular para abrir y una reducción de presión en la TR para cerrar la válvula. Dos conceptos importantes:

1.Presión de apertura de la válvula bajo condiciones de operación.

2.Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación. © 2006Weatherford. All rights reserved.

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c) Válvula desbalanceada operada por fluidos de la formación (presión en la TP)

Esta

válvula

requiere

un

incremento en la presión de la TP para abrir y

una

reducción en la presión de la TP para lograr el cierre.


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Válvula desbalanceada

Operada por el fluido de formación Operada por el gas de inyección © 2006Weatherford. All rights reserved.

DIFERENCIAS

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Clasificación de las válvulas de BN Las válvulas de Bombeo Neumático se clasifican en:

Válvulas desbalanceadas. Válvulas balanceadas.


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Válvulas balanceadas (operadas por presión en la TR) Este tipo de válvula no está influenciada por la presión en la TP cuando está en la posición cerrada o en la posición abierta. La presión en la TR (P c) actúa en el área del fuelle durante todo el tiempo . Esto significa que la válvula cierra y abre a l a misma presión (presión de domo).

La amplitud (Spread) es cero Este tipo de válvulas abren y cierran a la misma presión. Controladas 100% por la presión de inyección. © 2006Weatherford. All rights reserved.

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Válvulas balanceadas (operadas por presión en la TR)


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Válvulas balanceadas (operadas por presión en la TR)


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Bombeo neumático intermitente


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Bombeo neumático intermitente Básicamente existen dos tipos de bombeo intermitente: Punto único de inyección.Todo el gas se inyecta a través de la válvula operante. Punto múltiple de inyección.La expansión del gas actúa sobre el bache de aceite, empujándolo hacia una válvula posterior por medio de otra válvula que se encuentra inmediatamente debajo del bache. © 2006Weatherford. All rights reserved.

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Válvulas para bombeo neumático intermitente CONSIDERACIONES:

1.- Para el bombeo neumático intermitente es básico utilizar válvulas con sección piloto (válvula piloto), ya que se requieren diámetros de puerto amplio. 2.- Se emplea un controlador del tiempo de ciclo en superficie. 3.- Se emplea una válvula motora en superficie.


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• CONTROLADOR DEL TIEMPO DE

CICLO:

El controlador de ciclos es un controlador electrónic o que tiene como función

c on tr ol ar l a ap er tu ra y c ier re d e l a(s ) válvula(s) d e con tr ol , según una programación de tiempo predeterminada.

• Existen tres tipos de controladores que permiten controlar el ciclo de la válvula motora de la línea de flujo y los cuales son: el controlador de tiempo de ciclo, el controlador de presión y el controlador electrónico.


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VÁLVULA DE CONTROL O MOTORA Es un equipo de control en superficie que opera de manera automática por un controlador del tiempo de ciclo de inyección de gas.


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Clasificación de las válvulas


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DIAGNÓSTICO DE FALLAS DEL BN


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Diagnóstico de Fallas Mediante el análisis de las presiones superficiales en las tuberías de revestimiento y producción, se pueden diagnosticar muchos problemas. Este análisis permite corregir problemas existentes sin necesidad del empleo de registros subsuperficiales o de la realización de reparaciones al aparejos de producción. Las gráficas empleadas pueden utilizarse para el análisis de instalaciones de bombeo neumático continuo e intermitente.


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Diagnóstico de Fallas

Una instalación de BN siempre debe contar con un registrador de presión.


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TOMA DE LA PRESIÓN EN TP

TOMA DE LA PRESIÓN EN TR


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Diagnóstico de Fallas en el fondo Es posible determinar: a) Secuencia de la descarga del pozo. b) Operación de la válvula operante. c) Fugas en el aparejo de producción. d) Incremento excesivo de la presión en la TR durante la inyección. e) Apertura de una o más válvulas por ciclo de inyección. f) Apertura y cierre de la válvula operante en flujo continuo.


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Diagnóstico de Fallas en la superficie Con las presiones superficiales en TR y TP se pueden determinar también:

a) Fugas en el asiento de la válvula motora del control de tiempo en el BNI. b) Fallas mecánicas del

sistema de

relojería en el BNI.

BOMBEO NEUMÁTICO INTERMITENTE © 2006Weatherford. All rights reserved.

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Diagnóstico de Fallas en la superficie Con las presiones superficiales en TR y TP se pueden determinar también: c) Congelamiento en la línea de inyección de gas. d) Pérdidas de presión en la línea de inyección. e) Volumen de gas de inyección inadecuado en el sistema. f) Excesiva contrapresión en la cabeza del pozo.



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GRACIAS POR SU ATENCIÓN


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