BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE Francy Julieth Cárdenas Meléndez Jazer Guerra Sandoval Luz Adriana Higuera Niño Presentado a: Msc. Fernando Enrique Calvete González MÉTODOS DE PRODUCCIÓN ESCUELA DE INGENIERÍA DE
Agenda Introducción Definición del principio físico Modelamiento matemático Diseño del sistema ( ejemplo) Especificación y dimensionamiento de los equipos Practicas operacionales Evaluación financiera Problemas y soluciones Bibliografía
Agenda Introducción Definición del principio físico Modelamiento matemático Diseño del sistema ( ejemplo) Especificación y dimensionamiento de los equipos Practicas operacionales Evaluación financiera Problemas y soluciones Bibliografía
Introducción BES
Flujo Natural
Descubrimiento Lev.
Ventajas Vs Desventajas
• •
• •
• •
Puede levantar altos volúmenes. Maneja altos cortes de agua y baja relación gas-liquido. Vida útil larga. Puede manejar tasas de producción alrededor de 200 90000 BPD Trabaja bien en pozos desviados. Alta resistencia en ambientes corrosivos.
• • •
•
•
•
Inversión inicial muy alta. Alto consumo de potencia. Los cables se deterioran al estar expuesto al altas temperaturas. No es rentable en pozos con baja producción. Susceptible a la producción de gas y arena. No es recomendable usar cuando hay alta producción de solidos.
Introducción Parámetros Recomendados Caudal de Operación: 200-30.000 BPD, En pozos del mar del norte, ha manejado hasta tasas de 60.000 BPD. Temperatura: 100 a 400°F. Desviación del pozo: La bomba debe estar asentada en una zona de 8° / 100 pies. Profundidad: Puede operar a grandes profundidades, hasta 20.000 pies. Propiedades del Hidrocarburo Gas: saturación de gas libre < 10% °API: Maneja crudos con °API mayor a 10, es una de las mas importantes opciones para la extracción de crudo pesado. Ambientes Ácidos: los materiales soportan ambientes corrosivos. Propiedades del Yacimiento Presencia de Arena: < 200 ppm (preferiblemente 0)
Principio Físico Motor Eléctrico
El principio fundamental del BES es levantar el fluido del reservorio hasta superficie A través de la rotación centrifuga de la bomba electro sumergible La potencia requerida por la bomba es suministrada por un motor eléctrico La corriente necesaria es suministrada desde superficie y conducida por el cable de potencia
Principio Físico Impulsor
La bomba centrífuga trabaja por medio de la transferencia de energía del impulsor al fluido desplazado. El impulsor genera fuerzas centrífugas que aumentan la velocidad del fluido (energía potencial más la energía cinética). El difusor, dirige el fluido de la forma adecuada al siguiente impulsor. Transforma parte de la energía en energía potencial o presión. El fluido entra al impulsor por medio de un orificio interno, cercano al eje y sale por el diámetro exterior del impulsor. El difusor dirige el fluido hacia el siguiente impulsor
Difusor
Principio Físico Sistema BES TRANSFORMADOR ELEVADOR CAJA DE VENTEO
TUB.
VARIADOR DE FRECUENCIA
BOMBA COMB. SEP. DE GAS CABLE
SELLO MOTOR SENSOR
TRANSFORMADOR REDUCTOR LÍNEA DE FUERZA
Modelamiento Matemático NIVEL DINAMICO DEL FLUIDO(ft)
PRESION DE ENTRADA DE LA BOMBA (psi) =
.
( )
= ℎ
CARGA DINAMICA TOTAL ( ft) TDH = Hd + Ft + Pd
N° DE ETAPAS . =
POTENCIA DEL MOTOR = . ∗ ∗ m
Diseño Parámetros de Diseño
Capacidad de producción Cálculos de Gas Altura Dinámica Total Selección de Bomba Electro Sumergible Tamaño optimo de los componentes Selección del Cable Eléctrico Profundidad de la Bomba Capacidad del Equipo Eléctrico
Pozo Reservoir Pressure (Pr) psi: Presión en el fondo de Pozo (Pwf) psi:
COL- 49 1200
Shoot Density (SPF):
12
Radio de Perforación (Rp) Pulgadas:
0,34
Producción de Aceite (Bbl/D)
29
Producción de gas (Mscf/D)
12
Producción de Agua (Bbl/D)
1,8
Gravedad API
40
4,4
• • •
•
•
• • •
k
h f
Diseño 1. CALCULO IPR POR METODO SUKAMO
=
Pwf (Psi) Ao= A1= A2= Qmax (STB/D)
4,40 0,90482 0,08881 -0,96534 32,04
Pwf (Psi)
IPR COL-49 1400,00 ) I 1200,00 S P ( e r 1000,00 u s s e r p 800,00 e l o h m 600,00 o t t o b g 400,00 n i w o l F 200,00
0,00 0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
Oil production rate(STB/D)
25,00
30,00
35,00
Qo(STB/D) 0
28,98
100
29,01
200
28,60
300
27,76
400
26,50
500
24,80
600
22,68
700
20,12
800
17,14
900
13,72
1000
9,88
1100
5,60
1200
0 90
Para una Pwf deseada de 200 Psi
Pwf Ao= A1=
200,00 0,90482 0,08881
A2= Qmax
-0,96534 32,48
Diseño
30 BPD Pwf
Qo(STB(D) 0
29,39
100
29,41
200
29
300
28,15
400
26,86
500
25,14
600
22,99
700
20,40
600
800
17,37
400
900
13,91
1000
10,01
200
1100
5,68
0
1200
0 91
Series1 1400
1200 1000 800
0
5
10
15
20
25
30
35
Diseño 2. CALCULO DE NIVEL DINAMICO DEL FLUIDO (NF)
= % %
=
. .+°
=
= 0,82 ∗ 0,94 1,05 ∗ 0,06 = 0,84
ℎ=
.∗
=
= 549,87 ft
ℎ
= 6767 549,87 = 6217,13
. .+
= 0.82
3. ESTIMAR PROFUNDIDAD DE ASENTAMIENTO DE LA BOMBA (100 ft por encima de los perforados) PB= 4899 ft
4. CALCULO DE Rs y Bo A PARTIR DE LA PRESION DE ENTRADA DE LA BOMBA (PIP)
=
= 200
, .
.
( )
= 5,76
(5350 4899)
=
= 0,85
, , ,
1,25∗
,
1,25 ∗ 122
= 158,35 ()
= 36 psi
= ∗
∗
,∗
∗
.
,∗ ,∗ ,∗
.
Bo= 0,972 0,000147 ∗ , Bo=1,03 Bls/ STB
5. CALCULOS DE GAS FACTOR VOLUMETRICO DEL GAS (Bg Z=0,70
= 5,04 VOLUMEN
∗
= 1,86 2,15 Bbl/Mscf Res/Scf
TOTAL DE GAS
= 31 /
=
=
400 Scf/STB = GOR ∗
V Gas Total =12 Scf
VOLUMEN DE GAS ∗
Vgas sln =
VOLUMEN
EN SOLUCION Vgas sln =
∗,
DE GAS LIBRE
=
0,17Scf
= 11,83 Scf
VOLUMEN DE PETROLEO V Aceite = ∗
= 30,9 Bbl
V Gas = ∗
= 25,43 Scf
V agua = ∗
= 1,8 Bbl
PORCENTAJE DE GAS LIBRE %Gas Libre =
% Gas Libre = 43,75 %
COMO EL % DE GAS LIBRE ES > 10%, ES NECESARIO UN SEPARADOR DE GAS
PORCENTAJE DE GAS LIBRE CON SEPARADOR DE GAS VGas = 25,43 Scf Sep Natu =
=0,99
Vg=(antes de intake)*(1-sep.Nat)*(1-EF.Sep.) Vg= (25,43)*(1-0,99)*(1-0,8) Vg= 0,050 % =
0,050 32,75
∗ 100 = 0,15%
6. CALCULO DE LA CARGA DINAMICA TOTAL (TDH)
ALTURA DINAMICA (Hd) Hd =
,∗
Hd= 4800 ft
PERDIDAS POR FRICCION A TRAVES DE LA TUBERIA =
0.433 ∗
Pd= 553,70 ft
PERDIDAS POR FRICCIÓN A TRAVÉS DE LA TUBERÍA 1000 1000
∗ =
Ecuación de Hazen-Williams 1000
= 2,083 ∗
100
,
Ft= 2,87ft
Altura
Dinámica total
TDH = Hd + Ft + Pd
∗
, ,
0,58
C= 94 Tuberías Q= 31,80 STB/D ID= 4,95 in
6. SELECCIÓN DE LA BOMBA
HEAD 32 ft EFFICIENCY 6% POWER 0,12 hp
7. DETERMINACIÓN DE NUMERO DE ETAPAS . =
167,40 Etapas
8. DETERMINACIÓN POTENCIA DEL MOTOR = . ∗ ∗ m
16,90 Hp
9. DETERMINACION DEL CABLE DE POTENCIA Voltaje = 469V Amperaje = 27.5 A
Caída de voltaje= 20
10. SELECCIÓN DEL TRANSFORMADOR . = 5400 ∗
20 1000
. = 2 ∗ 469 108
KVA=
∗, ∗,
Se podría utilizar un transformador de 50 KVA
108 Volt 1046Volt 50 KVA
Análisis nodal Qo=30,5 STB/D
Qo=31 STB/D
Qo=29,8 STB/D
Qo=29,8 STB/D
Análisis financiero tiempo
declinación
caudal 0
9,35
1
30,08
2
26,36
3
26,24
25,00
4
31,03
5
30,91
6
29,08
) D20,00 P O B ( o15,00 Q
7
26,99
8
24,15
9 10
21,01 19,04
11
23,20
y = 22,284e0,0119x R² = 0,0167
35,00 30,00
10,00 5,00 0,00 0
2
4
6 Tiempo
8
10
12
Análisis financiero = ∗ −∗
30,00
Qoi
Caudal deseado
29,5
Di
tasa de declinación
0.0119
tiempo
29,00
caudal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
29,50
29,50 29,15 28,80 28,46 28,12 27,79 27,46 27,14 26,82 26,50 26,19
28,50 28,00 27,50 27,00 26,50 26,00 25,50
Análisis financiero CAPEX COSTOS DEL SISTEMA [US$] SISTEMA DE LEVANTAMIENTO
BOMBEO ELECTRO-SUMERGIBLE
COSTOS DE INSTALACION [US$]
TUBERIAS
EQUIPOS
OBRAS CIVILES
TRABAJO DE WORKOVER
$ 60.000
$ 670.000
$ 50.000
$ 40.000
TOTAL CAPEX
$ 820.000
OPEX SISTEMA DE LEVANTAMIENTO
LIFTING COST CRUDO [US$/Bl]
LIFTING COST AGUA [US$/Bl]
LIFTING COST GAS [US$/1000 SCF]
BOMBEO ELECTRO-SUMERGIBLE
$ 10
$ 0,60
$ 0,20
INDICADOR FINANCIERO TIO (T asa interna de Oportunidad)
12%
Tiempo de evaluación
1 año
Análisis financiero MES
Qo[BPD]
Qw [BPD]
Qg [MSCF/D]
Prod. mensual aceite [STB/M]
Costos aceite [US$]
Prod. Prod. Ingresos Mensual Costos mensual Costos gas Ingresos -regalías agua agua [US$] gas [US$] [US$] [US$] [STB/M] [Mscf/M]
LC [US$]
Flujo de Pay Back VPN [US$] caja [US$] [US$]
-820000.00 -820000.00 -820000.00 1
29,50
12,48
11,49
885,00
8850
374,41
224,65
344,79
68,958
66375,00
53100
9143,60
43956,40
43543,22 776043,60
2
29,15
6,78
14,85
874,50
8745
203,53
122,12
445,4
89,08
65587,50
52470
8956,20
43513,80
42699,62 732529,80
3
28,80
13,49
12,15
864,00
8640
404,81
242,88
364,46
72,892
64800,00
51840
8955,78
42884,22
41686,27 689645,58
4
28,46
4,44
12,12
853,80
8538
133,28
79,97
363,74
72,748
64035,00
51228
8690,72
42537,28
40960,36 647108,30
5
28,12
6,18
11,25
843,60
8436
185,27
111,16
337,36
67,472
63270,00
50616
8614,63
42001,37
40064,15 605106,93
6
27,79
5,02
8,96
833,70
8337
150,50
90,30
268,73
53,746
62527,50
50022
8481,05
41540,95
39252,51 563565,98
7
27,46
6,38
8,34
823,80
8238
191,52
114,91
250,08
50,016
61785,00
49428
8402,93
41025,07
38400,67 522540,91
8
27,14
10,33
10,84
814,20
8142
309,86
185,91
325,25
65,05
61065,00
48852
8392,96
40459,04
37514,88 482081,87
9
26,82
1,88
12,86
804,60
8046
56,25
33,75
385,75
77,15
60345,00
48276
8156,90
40119,10
36850,01 441962,77
10
26,50
1,38
11,83
795,00
7950
41,33
24,80
354,94
70,988
59625,00
47700
8045,79
39654,21
36080,65 402308,56
11
26,19
2,09
9,69
785,70
7857
62,58
37,55
290,71
58,142
58927,50
47142
7952,69
39189,31
35322,47 363119,25
12
25 88
2 48
10 39
776 40
7764
74 53
44 72
311 56
62 312
58230 00
46584
7871 03
38712 97
34565 15 324406 28
Análisis financiero 100000 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
-100000 -200000
MESES
-300000 INGRESOS -400000 -500000 -600000 -700000 -800000
LIFTING COST E INVERSIONES
Análisis financiero PAY-BACK 0,00 0
-100000,00 -200000,00 -300000,00
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
495593,72 U$ Flujo de caja(US$) -466939,97 U$ VPN 0,23 TIR Relación 0,64 Beneficio/Costo -0,35 ROI
-400000,00 -500000,00 -600000,00 -700000,00 -800000,00 -900000,00
PAY-BACK
Practicas operacionales
OPERACIONES DE SUBSUELO Para una buena instalación debe seguirse la metodología siguiente: Comprobar que todo el material y equipo requerido este disponible en sitio y en buen estado.
Manejar el equipo con cuidado, hay piezas que pueden dañarse si se emplean malos procedimientos de manipulación Todos los equipos deben estar bien alineados encima del pozo. Revisar si el radio del cable plano es del largo adecuado para el motor, comparar con sus especificaciones. Revisar que en el tablero de control se encuentren los fusibles, transformadores de potencia y relación del transformador de corriente correctos. Verificar que los transformadores de potencia tengan los regimenes de voltajes secundarios y primario correctos. El cable se debe asegurar en superficie con un medidor de aislamiento para comprobar que su resistencia sea la requerida. Durante la prueba el cable debe indicar infinito tanto en fase a tierra como en fase a fase.
Practicas operacionales OPERACIONES DE SUBSUELO Se levanta el motor mediante las abrazaderas y se coloca el sensor de presión debajo del motor.
Se alinean los dos equipos y se ajustan bien los sellos conductores.
Se ensambla el separador de gas y la bomba con los sellos protectores mediante otros acoples estriados.
Instalación de la extensión del cable plano del motor.
Practicas operacionales OPERACIONES DE SUBSUELO Bajada del Equipo, al iniciar su descenso, se debe colocar una válvula de retención (ubicada encima de la junta después de la bomba)
Luego a cinco juntas más se coloca la válvula de circulación
El cable debe sujetarse al conjunto motor, bomba y protector; así como de la tubería de producción mediante flejes metálicos colocados cada 15 pies. Tener precaución que las abrazaderas queden bien sujetadas, ya que una mala operación puede generar problemas de pesca durante el servicio posterior a la instalación
Problemas y soluciones Cavitación
Pequeñas burbujas de vapor son arrastradas hacia regiones de más altas presiones donde se condensan
Selección e instalación del separador de gas
Corrosión
Los impulsores y difusores se alteran y desgastan
Realizar un recubrimiento con materiales que reduzcan los efectos corrosivos
Deposición de inorgánicos, asfáltenos, parafinas
Atención a la formación que se esta perforando
realizar tratamientos que permitan reducir la aparición de dicho suceso.
Problemas y soluciones
Abrasión
Diseño erróneo del sistema
Desgaste prematuro del equipo.(Arena)
Utilizar bombas con insertos de tungsteno resistentes a la abrasión.
Pérdidas económicas
Realizar un estudio optimo de los rangos necesarios para el uso de la bomba y el motor
conclusiones •
•
•
Aunque los indicadores económicos en su mayoría son hacen del proyecto aceptable no es viable económicamente ya que esta trabando sobre los limites de estos indicadores.
Invertir en este proyecto ofrece una muy mala rentabilidad en un periodo de tiempo de un año con una tasa mínima de 12%, apoyándonos en los resultados del análisis financiero.
Aplicar el diseño de sistema de levantamiento artificial bes, en este pozo no es recomendable debido a los parámetros obtenidos en el diseño son inconsistente, por ejemplo al tener excesivo numero de etapas, y HP menor a 1.
