Bombeo Hidraulico Jet

BOMBEO HIDRA HIDRAULICO ULICO TIPO JET URIEL FERNANDO FERREIRA MIGUEL ANGEL MEDINA

BOMBEO HIDRAULIICO

• DEFINICION DE BOMBEO

HIDRAULICO. • CARACTERISTICAS. • TIPOS DE BOMBEO HIDRAULICO. • ELEMENTOS E INSTALACIONES DEL BOMBEO HIDRAUL • DISEÑO DE EQUIPOS.

BOMBEO HIDRAULIICO

• DEFINICION DE BOMBEO

HIDRAULICO. • CARACTERISTICAS. • TIPOS DE BOMBEO HIDRAULICO. • ELEMENTOS E INSTALACIONES DEL BOMBEO HIDRAUL • DISEÑO DE EQUIPOS.

CARACTERISTICAS DEL BOMBEO HIDRAULICO • No requiere varillas o cables para la transmisión de energía.

• La bomba jet se puede instalar o retirar r etirar hidráulicamente o wireline. hidráulicamente

• Los fluidos producidos pueden ser usados como fluido matriz.

TIPOS DE BOMBEO HIDRAULICO • RECIPROCANTE. • JET.

BOMBEO HIDRAULICO TIPO JET • DEFINICION. • CARACTERISTICAS. • VENTAJAS. • DESVENTAJAS.

CARACTERISTICAS • Se puede utilizar para profundidades entre 1000 y 18000 pies, con tasas de producción de 100 a 10000 BFPD. • La energia potencial del fluido motriz, se convierte en energia cinetica. • Usualmente las presiones de operación varian entre 2000 y 4000 psi.

VENTAJAS • No tiene partes moviles. • Se puede utilizar un pozos desviados. • Permite levantar crudos pesados. • Puede operar a diferentes tasas de producción. • Se puede calentar el fluido motriz. • Se pueden inyectar quimicos al pozo.

DESVENTAJAS • Requiere de altas potencias (HP). • Cuando hay bajas presiones a la

entrada de la bomba, esta tiende a la cavitación. • El fluido motriz requiere limpieza cuando se utilizan los fluidos de la formación.

ELEMENTOS E INSTALACIONES DEL BOMBEO HIDRAULICO JET 1. 2.

INSTALACIONES DE SUPERFICIE INSTALACIONES DE SUBSUELO Y CONFIGURA

3.  TIPOS DE BOMBAS JET 4.

EL FLUIDO MOTRIZ

ELEMENTOS E INSTALACIONES Tanque de recolección

 Bomba triplex o múltiplex

Válvula maestra de cabeza de pozo  Bomba de circulación  Ensamblaje de fondo  Bomba de fondo

1. INSTALACIONES DE SUPERFICIE •  TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE FLUIDO MOTRIZ • MAQUINA MOTRIZ • BOMBA DE SUPERFICIE • LINEAS DE CONDUCCION DEL FLUIDO MOTRIZ EN SUPERFICIE • ESTACION DE CONTROL DE INYECCION O MULTIPLE DE DISTRIBUCION • CABEZA DE POZO, VALVULAS  Y SISTEMA DE SEGURIDAD

2. INSTALACIONES DE SUBSUELO Y CONFIGURACIONES

• BOMBAS FIJAS

-FIJA INSERTADA -FIJA A CASING • BOMBAS LIBRES -LIBRE PARALELA -LIBRE DE REVESTIMIENTO

BOMBAS FIJAS

 Fluido motriz   Fluido de formación  Fluido de producción

 Fija  Insertada

 Fija a casing 

BOMBAS LIBRES

 Fluido Motriz   Fluido de Formación  Fluido de producción  Libre  paralela

 Libre de revestimiento

3.  TIPOS DE BOMBAS JET Los componentes de trabajo de la bomba jet, boquilla, garganta y difusor, están ensamblados en variedad de configuraciones y materiales para adecuarse a los requerimientos de producción y diseño de fondo de pozo.

BOMBA TIPO JET DE SELLO SENCILLO ESTANDAR

Tubing

BOMBAS TIPO JET DE ALTO VOLUMEN Y DE MANGO DESLIZANTE

Nariz del Empaque

Bomba Jet libre

Ensamblaje de fondo

Boquilla Garganta Difusor

Ensamblaje de fondo Válvula recuperable Empaque Casing

Válvula de retención igualadora

BOMBA TIPO JET DE CILINDRO FIJO Casing

Casing

Tubing Coiled Coiled ó tubo macarroni

Asiento de la bomba

Empaque

BOMBA TIPO JET DE “COILED  TUBING” Coiled o tubo convencional

Cavidad de l a bomba Bomba Jet libre 1 1/4 “

Válvula

Empaque

4. EL FLUIDO MOTRIZ • ACEITE CRUDO -PARAMETROS DE CONTROL SOBRE CURDO • AGUA

Bota de gas

Tratador  separadores

Tanque de fluido motríz Tanques

Bomba de superficie Pozos

Manifold

DISEÑO DE EQUIPOS • CONCEPTOS FUNDAMENTALES. • SELECCIÓN DE BOQUILLAS Y GARGANTAS. • EJEMPLO.

 Ps

 Pwh

Q1

Q2

Tubing del   P1  fluido de inyección G1

 P2 G2

Tubing de Retorno de  fluido producido y  fluido de inyección

Casing 

  P3 Q3 G3  Pwf 

CONCEPTOS FUNDAMENTALES  P3, Q3

 Boquilla  P1, Q1

Garganta

 Difusor   P2, Q2

CONCEPTOS FUNDAMENTALES  R

• Area adimensional •  Tasa de flujo adimensional

• Cabeza adimensional

 A j   At  Q3

 M 

 H 

Q1

 P   P  2

3

 P   P  1

2

CONCEPTOS FUNDAMENTALES • Eficiencia

η  p

• Cavitación

 Mc

(1.0724) *

=

M  * H 

1  R

 R

*

 P 3 1.35 * ( P 1  P 3 )  P 3

• PIP  P  3

 Ps

2

* G 1 1

h

F  1

q

1

1214.5 *  A j 

*

1

CAVITACION  P3, Q3

 Boquilla  P1, Q1

Garganta

 Difusor   P2, Q2

Como seleccionar las boquillas y las gargantas Evaluar H, y de las curvas determinar M y Eficiencia para la relación (R) más eficiente. Calcular el área de boquilla necesaria, Aj.



 A  j

=

Q1 1214 .5

 P 1

 P 3

−

γ      fm

CURVAS DE DESEMPEÑO ADIMENSIONAL 1.5

30

1.4

A

1.3

B

D

C

28

E

26

1.2

24

1.1

 R= 0.410 R= 0.328 R= 0.262  H  R= 0.210 R= 0.168

22

A

1.0

20

0.9

18

B

0.8

16

0.7

14

C

0.6

12

D

0.5

10

0.4

E

0.3 0.2 0.1

A

B

C

D

E

0 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9

M 

2

 Efic

 TABLA PARA ESCOGER EL TIPO DE BOQUILLA Y GARGANTA

EJEMPLO Seleccionar la bomba hidráulica jet  apropiada, determinando: • el tamaño de la tobera • la presión de operación en la superficie • el gasto del fluido motriz  • la potencia hidráulica

DADOS LOS SIGUIENTES DATOS:

Ps

Tubería de inyección

Pwh

Q1

Q2

P1

P2

F1

F2

G1

G2

Casing

P3 Q3 H3

Pwf 

Tubería de retorno de fluido producido y fluido de inyección

DESARROLLO: Lo primero es considerar la relación gas-aceite igual a cero.  Tener en cuenta los parámetros de bomba K  j= 0.15 Ic= 1.35 Encuentro la viscosidad por la gravedad API y y la temperatura de fondo.

s aprox ma amen e e cs.

Para bombear este pozo no se usa mas de 500 a 600 bl/dia de fluido motriz. Para los cálculos iniciales se puede despreciar las perdidas por fricción.

1. Determinar H considerando Ps:

4000lb/pg2(supuesto). Si el crudo es de

41ºAPI la gravedad especifica es :

γ   =

141.5 131.5+ º  API 

=

41.5 131.5 + 41

=

0.8203

e a a a . encuen ro e gradiente con los datos anteriores…

El resultado del gradiente es: 0.355lb/pg2/pie. G=0.355 P1= 7600 pies * 0.355lb/pg2/pie +Ps P1= 7600 pies * 0.355lb/pg2/pie +4000lb/pg2 P1= 6698lb/pg2 Ahora encuentro P3. 200

P3=

bl 

dia 1500lb /  pg  − 2 0.2(bl / dia) /(lb /  pg  ) 2

= 500

lb 2

 pg 

Encuentro P2.

 P 2 = 7600 pies * 0.355

lb 2

 pg 

 pie

+ 80

lb 2

 pg 

 H  =

 P 2 − P 3  P 1 − P 2

=

2778 − 500 6698 − 2778

=

0.581

2. Determinar la relación mas eficiente con el valor de H calculado.

1.5

30

1.4

A

B

D

C

28

E

1.3

26

1.2

24

1.1

22

A

 R= 0.410 R= 0.328

1.0

20

0.9

18

B

0.8

16

0.7

R= 0.262  H  R= 0.210 R= 0.168

14

C

0.6

12

D

0.5

10

0.4

E

0.3 0.2 0.1

A

B

C

D

E

0 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9

M 

2

 Efic

Solamente las relaciones A y B pueden bombear para un H=0.581 o mayor. Elegimos la relación A por su eficiencia mas alta. 3. Determino M que es igual a 0.370. 4. Determino q1 y el tamaño de tobera. q1=q3/M q1=200/0.370=541 bl/dia q  A j

1

=

1214.5

 P 1 − P 3 γ  

 A j

541 =

=

1214.5

6698

−

0.00540

500

0.8203

De la siguiente tabla se obtubo que el valor calculado equivale a las toberas numero 2 y 3 pero la seleccionada es la numero 3

Calculando q3

Θ R =

1214.5 A  j

Θ R =

 P 2 −  P 3 γ  

200 1214.5(0.00579)

2778 − 500 0.8203

= 0.540

De la siguiente figura depuramos M= 0.335 paraΘ R = 0.540  Y H= 0.615 para M = 0.335  P 

De la ecuación

 P 1 =

1  H 

[ P 2(1 +  H ) − P 3]

lb

1

[ 2778(1.615) − 500] = 6482 2 2 0.615 Ps=P17600 pies * 0.355lb/pg pg  /pie  P 1 =

Ps=3784lb/pg

2(depreciandofricción)

ydeestamanera

q1=q3/M q1=200/0.335=597 lb/dia

Usando la ecuación :

q1

1214 .5 A  j

=

 P 1

q1=600 bl/dia

−

P 3

γ   

LA POTENCIA REQUERIDA EN LA SUPERFICIE ES: hp=1.7*10 q1*Ps hp=1.7*10 (597) (3784) =38.4 -5 -5

Comprobación del punto de cavitación : Mc =

1 − R  R

1 − Kj

 P 3  Ic( P 1 − P 3) +  P 3

M c=

1 − 0.4 1 0 0.4 1 0

1.1 5

500 1.3 5(6 4 8 2− 5 0 0) + 5 0 0

=

0.3 7 3

Como M = 0.335, el diseño no tiene cavitación.

• CONCLUSION: CONSIDERANDO ACEITE SIN GAS, EL POZO PUEDE BOMBEAR CON UNA BOMBA 3-A A UNA PRESION DE SUPERFICIE DE 3784 LB/PG2, USANDO 597BL/DIA DE FLUIDO MOTRIZ. ESTO REQUIERE UNA POTENCIA DE 38.4 HP EN LA SUPERFICIE.