BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JETTIPO PISTÓN
AGENDA 1. INTRODUCCIÓN 2. PR PRIN INCIP CIPIO IOSS FÍ FÍSIC SICOS OS DE DELL BO BOMBE MBEO O HI HIDR DRÁU ÁULIC LICO O • TIPO PISTÓN TIPO JET • INSTALACIONES INST ALACIONES DE SUPERFICIE SUPE RFICIE • 3. MO MODE DELA LAMI MIEN ENTTO MATE MATEMÁ MÁTIC TICO O DEL PRINC PRINCIP IPIO IO FÍSIC FÍSICO O 4. DISEÑO «ANÁLISIS DEL PROYECTO B.H TIPO JET» 5. EJEMPLO DE DISEÑO 6. ANÁLISIS FI FINANCIERO 7. CR CRITE ITERI RIOS OS PAR PARA A LA EV EVAL ALU UAC ACIÓ IÓN N ECO ECONÓ NÓMIC MICA A 8. HI HIPÓ PÓTE TESI SISS DEL DEL AN ANÁL ÁLIS ISIS IS EC ECON ONÓM ÓMIC ICO O 9. ANÁLISIS FIN FINANCIERO 10.. CO 10 CONC NCLLUS USIO IONE NESS 11. REF REFERE ERENCIA NCIASS BIBL BIBLIOGR IOGRÁFIC ÁFICAS AS
INTRODUCCIÓN
La forma más viable y económica de poner a producir un pozo de petróleo y/o gas pozo es por flujo natural.
A medida que la producción del pozo declina se hace necesario instalar Sistemas de Levantamiento Artificial (SLA). Fuente: Editado de http://www.sertecpet.com.ec http://www.sertecpet.com.ec
EVOLUCION DEL BOMBEO HIDRULICO
•
1932 Primera bomba hidráulica de Establecido como Kobe, Inc. Por C.J. Coberly
•
1972 Kobe, Inc. Corre la primera Bomba jet para producir pozos petroleros.
•
1984 Kobe, Inc, es comprado por Trico Industries, manofacturera de varillas de Bombeo y varillas de bombas de fondo.
•
2001 Wearherford Artificial Lift Systems es comprada por Guiberson hydraulic pump product line de Halliburton.
fondo
instalada.
PRINCIPIO
Se basa en “La
1653
presión ejercida sobre la superficie de un fluido
se transmite con igual intensidaden todas las direcciones”
Así
se trasmite presión desde un equipo de bombeo centralizado o individual en la superficie a través de una tubería llena de líquido, hasta cualquier número de pozos petroleros.
Este fluido conocido como fluido de potencia o fluido motor, es utilizado por una bomba de subsuelo que actúa como un transformador para convertir la energía de dicho fluido a energía potencial o de presión en el fluido producido que es enviado hacia la superficie.
COMPONENTES EQUIPO DE SUPERFICIE
COMPONENTES EQUIPO DE FONDO
El sistema de bombeo hidráulico tipo pistón es un sistema reciprocante, es decir, que succiona y expulsa el fluido alternadamente, el cual es forzado forzado a salir de un par de cilindros por la acción de cada uno de los pistones.
m F a u e d n u t r e o : s . T D e i s s i e s ñ “ o E d v a e l u u n a c a i h ó e n r t r a é m c n i i e c n a t a d s e o f l a t w s a e r s e t d r a e t e s e g i l e a c s c d i ó e n ” l e S v e a c n c t i a ó m n 2 i e .2 n t . 5 o . B a o r m t i f i b c e i a o l H i m i d p r á l u e l m i c e o n t t a i p d o a P s i e s t ó n n . c a m p o s
Es uno de los SLA más sencillos, está compuesto por una bomba Jet.
Fuente: Editada de «Conceptos Teóricos Jet Pump» http://www.oilproduction.n http://www.oilproduction.net et
e d t e J o p i T o c i l u á r d i H o e b m o B e . d 0 o 1 0 i c 2 i v e r d e S o l i e l u d J o n t ó i i c u a Q t . n l e a n m o e i l c p a N m I a a i c l n a r c a e p t i l o o i P d u a t l s e E u “ c . s o E . d r ” a n c ó i i R c , c s u e d c o e r r c p o a r l l i t e V P . n n a E . u A J , D e T s L u . o A Í H e C d t e o p d a a u c c i f E i a d í o ñ M a : p e m t
El fluido motriz es bombeado hacia la boquilla.
Al atravesar la garganta se produce un chorro de alta velocidad alta velocidad.
El fluido entra al difusor punto en el cual se mezcla con el fluido de producción.
Se produce una transferencia de impulso entre la mezcla, lo que causa que sean transportada a superficie.
Tanque de almacenamiento del fluido motriz o de potencia: Sistema de tanque al cual retorna el fluido motriz mezclado con el de producción. Máquina Motriz Fuente de potencia del sistema.
Bomba de Superficie Puede ser una bomba triplex o multiplex de alta presión, diseñada para manejar altos caballos de fuerza.
F u e n t e : W e a t h e r f o r d
F u e n t e : h t t p / : 1 / 0 / 0 w 7 w 2 w 2 . 1 j e 0 r 1 e 8 h 3 e 3 c . 6 o 5 m . s / h s t m p a i n / p r o d u c t s
Líneas de Conducción: Diseñadas para soportar altas presiones y temperaturas temperaturas de operación.
Estación de control de inyección: Reguladores para control individual de presión y caudal.
Fuente: Editado de Weatherford
•
p m u P D t H e J P , z c il e u m ra o d G y s H i u e L , d e a c d n a tia d m r E f o : r te e n P e u F
Los fabricantes de bombas Jet ofrecen gran variedad de tamaños de boquillas y gargantas. Tasa de flujo boquilla (BPD):
•
= 832 • •
• •
−
AN: Área de la boquilla. PN: Presión en la boquilla. PPS: Presión de succión. GN: Gradiente de presión.
•
= • •
en
AN: Área de la boquilla. AT: Área de la garganta.
la
Razón adimensional de flujo másico:
•
•
. = 691
= • •
Q s: Tasa de flujo de la producción. Gs: Gradiente de presión.
•
• •
•
•
( − ) = ( − )
= ∗ − = −
Q s: Tasa de flujo de la producción. PPS: Presión de succión. Gs: Gradiente de presión.
•
(Fabricante Parker CO)
•
Así mismo se proporciono una correlación empírica para el factor volumétrico total de formación; sustituyendo en la ecuación anterior se tiene:
. 1+2.8 1 − + = •
1 1 − = + 691 24650
DISEÑO
FUENTE: CURSO DE BOMBEO HIDRAULICO TIPO PISTON JET ELABORACION: Weatherford
DISEÑO Para la realización de un diseño de una bomba hidráulica se debe tener en cuenta los siguientes aspectos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Decidi Decidirr qué qué tipo tipo de fluid fluido o motr motriz iz se emplea empleará: rá: petról petróleo eo o agua agua.. Esco Escoge gerr el mej mejor or arr arreg eglo lo de de tube tuberí rías as,, tant tanto o de iny inyec ecci ción ón,, producción y descarga. Sele Selecc ccio iona narr la mejo mejorr bomb bomba a de fon fondo do que que enc encaj aje e en la la tube tuberí ría a de producción, y sea capaz de cumplir con los requerimientos del pozo. Elegir Elegir si se utiliz utilizará ará una planta planta centra centrall de inyecc inyección ión par para a todo todoss los pozos, o se aplicará un sistema de inyección individual. Escog Escoger er la mejor mejor bomba bomba superf superfici icial al para para la inyecc inyecció ión n de de flui fluido do motriz. Sele Selecc ccio iona narr la unid unidad ad de pro proce cesa sami mien ento to de de fluid fluido o motr motriz iz más más adecuada. Relación P/E
ANALISIS DEL PRO PROYECT YECTO O DE BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET
El ejemplo plantea la prestación del servicio de bombeo hidráulico tipo jet
• • • •
Casing = 7” , 35 lb/ft Tubería de inyección = 2 3/8”, ID 1.995” Tubería de retorno = Anular Casing – Tubing
Profundidad de asentamiento de la bomba = 5500 – 5000 ft • Pr = 1540 psi, qmax = 1370 bpd • Temperatura de fondo = 130 °F • Temperatura de superficie = 90 °F
• • •
Presión de separador = 100 psi Líneas de flujo = 200 ft, 4”, Sch 40 Rata de producción deseada = 500 bpd
• • • • • • • •
Gravedad especifica del petróleo = 0.82 Gravedad especifica del agua = 1.03 Gravedad especifica del gas = 0.75 Viscosidad del petróleo = 2.5 cst Viscosidad del agua = 0.65 cst Presión de burbuja = 1600 psi Corte de agua = 30% GOR= 150 scf/Bbl
SOLUCIÓN 1. Construir Construir la la curva de afluencia afluencia de de fluidos fluidos de la formación. La siguiente figura muestra la curva IPR para el ejemplo. Curva IPR
1800 1600 1400 1200
) a i s 1000 p ( f 800 w P
600 400 200
0 0
500
1000
1500
Qo (BPD)
FIGURA 1.11 CURVA IPR PARA EL EJEMPLO DE DISEÑO FUENTE: Los Autores
SOLUCIÓN 2. Determinar el gradiente de presión del fluido producido (succión) del fluido motriz.
3. Determinar la mínima área anular de la succión para evitar la cavitación
SOLUCIÓN 4. Selecciona Seleccionarr de los varios varios fabricante fabricantess una boquilla boquilla y una garganta cuyo valor de área anular de la garganta sea mayor o igual al calculado en el paso 3. Para este caso se elige la boquilla 7 de National (0.0169). Con boquilla 7 y garganta 7 conseguimos una relación de área (0.0103/0.0271) (0.0103/0.0271) igual a 0.4.
SOLUCIÓN 5.
Escoger un valor para la presión superficial de inyección.
Usualmente se escogen valores entre 2000 y 4000 psi; para pozos profundos. Para el ejemplo se escoge el de 2500psi.
6. Calcular la presión y el caudal en la boquilla
7. Caudal de descarga de la mezcla de fluidos.
SOLUCIÓN . Corte de agua de la descarga
. GOR de la descarga
. Viscosidad de la mezcla en la descarga
SOLUCIÓN 8. Calcular la presión de descarga El cálculo se realiza usando las propiedades de la descarga y cualquier correlación de flujo multifàsico: Pd= 1780 usando Hagedon and Brown
9. Calcular la razón adimensional de presiones
10. Calcular la razón adimensional de flujo másico
SOLUCIÓN
0.317
1.04
SOLUCIÓN 11. Verificar el valor de la razón de flujo másico. M=1.04 para R=0.25, M=0.789 del paso 10
12. Regresar al paso 7 Luego de tres iteraciones se consigue: M=1.10 para R=0.25 y Qs=678BPD
SOLUCIÓN 13. Calcular el área de la garganta y seleccionar el tamaño correcto
• Usar las tablas de tamaños de boquilla y garganta
del fabricante seleccionado. • Escoger la garganta cuya área sea más cercana al
área calculada. Por lo anterior, se selecciona selecci ona la garganta No. 9 (Bomba 7C)
SOLUCIÓN 14. Determinar la tasa de flujo límite para evitar la cavitación.
15. Calcular el caballaje requerido en superficie para la bomba multiplex. • Se asume un 90% de eficiencia para la bomba triplex. • Seleccione una bomba triplex o multiplex con una potencia igual o mayor a la potencia requerida.
SOLUCIÓN 16. Repetir el procedimiento para diferentes presiones y tasas de producción. • Mantener los mismos valores de geometría de la
bomba. • Trazar los valores de presiones y tasas de producción,
a la presión constante de inyección. • Si el punto de diseño, no es el punto de intersección
entre las curvas de entrada y salida de flujo, repetir el procedimiento desde el paso 3 cambiando la presión de inyección.
SOLUCIÓN
FUENTE: HYDRAULIC JET PUMP PERFORMANCE, LUIS GOMEZ, PHD
ANALISIS FINANCIERO
El objetivo de la evaluación económica del presente estudio es determinar si el proyecto es viable o no y cuál es el beneficio económico que generará el.
CONSIDERACIONES DEL ANÁLISIS ECONÓMICO 1. Se esti estima ma una una tasa tasa de actua actualiz lizaci ación ón mensual 1,46%. 2. Lift Liftin ingg Cost Cost $ US 28,5 28,5 / Bbl Bbl.. 3. Regalía alíass 20% 20% 4. No int interv ervien ienen en los los impues impuesto toss fiscale fiscaless 5. No se con consi side derra deval devalua uaci ción ón monetaria durante los dos años de duración del proyecto. 6. El pre precio cio de ven venta ta es es de $ US US 60 7. Inve Inverrsion siones es $ US US 450. 450.00 000 0
EVALUACION FINANCIERA MES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
QlBPD 500 491 487 483 479 474 470 466 462 458 454 450
QoBPD 350 344 341 338 335 332 329 326 323 321 318 315
QwBPD 150 147 146 145 144 142 141 140 139 137 136 135
GANANCIAS$US/Bbl LCo$US/Bbl $638.610,0 $627.493,9 $622.008,6 $616.571,3 $611.181,5 $605.838,8 $600.542,8 $595.293,1 $590.089,3 $584.931,0 $579.817,8 $574.749,3
$7.247.127,5 GANANCIAS
7.247.127,50
REGALIAS
1.449.425,50
COSTOS DE PRODUCCION 2.413.780,00 EQUIPOS
450.000,00
LCw$US/Bbl
$210.000,0 $206.344,6 $204.540,8 $202.752,8 $200.980,4 $199.223,5 $197.482,0 $195.755,7 $194.044,5 $192.348,2 $190.666,8 $189.000,1
$2.700,0 $2.653,0 $2.629,8 $2.606,8 $2.584,0 $2.561,4 $2.539,1 $2.516,9 $2.494,9 $2.473,0 $2.451,4 $2.430,0
$2.383.139,6
$30.640,4
EVALUACION FINANCIERA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
350 344 341 338 335 332 329 326 323 321 318 315
720.000,00 707.467,20 701.282,80 695.152,50 689.075,80 683.052,20 677.081,20 671.162,50 665.295,40 659.479,70 653.714,80 648.000,30
557.700,00 208.997,59 207.170,62 205.359,63 203.564,46 201.784,99 200.021,07 198.272,57 196.539,36 194.821,30 193.118,26 191.430,10
800000 700000 600000 500000 MES 400000
INGRESOS
300000
EGRESOS
200000 100000 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 1 0 11 12
Fuente: los autores.
EVALUACION FINANCIERA Interés
VALOR PRESENTE NETO. = − +
(1 + )
12%
Inversiones FlujoNeto Efectivo
$450.000,00 $2.738.922,03
TASA INTERNA DE RETORNO. 0 = − + (1 + )
RELACIÓN BENEFICIO /COSTO. / =
PAY BACK 1 AÑO
2.738.922,03
X
$450.000,00
EVALUACION FINANCIERA
VALOR VALOR PRESENTE NETO
$2 127.626,9 ´
TASA INTERNA DE RETORNO
4,674%
RELACIÓN BENEFICIO/COSTO
2,96
PAYBACK
37dias
PROBLEMAS Y SOLUCIONES EN BOMBAS JET PARKER CO. Indicación Caída de producción – condiciones de superficie normales
Causa a.) Cambio de condiciones fluyentes en pozo b.) Daño en garganta o difusor
Sin incremento de producción cuando la presión de operación aumenta.
Cavitación en garganta o producción de gas alta.
Garganta presenta picaduras
Daño en garganta o difusor
Daño en garganta en superficie de acabado
Erosión
Diseño en producción no se ajusta a condiciones reales
Datos de diseño no adecuados o problemas mecánicos.
Solución Efectuar toma de presión fondo y rediseñar bomba Recuperar bomba de subsuelo y reparar Disminuir presión de operación o instalar garganta de mayor diámetro Reparar partes defectuosas Instalar jet y garganta de mayor dimensión y reducir velocidad. Revisas datos de diseño o chequear estado mecánico en completación de pozo
PROBLEMAS Y SOLUCIONES EN BOMBAS JET PARKER CO. Indicación Incremento repentino en la presión de operación con inyección de fluido motriz repentina disminución de presión de operación-fluido motriz constante o incremento de fluido motriz – presión de operación Incremento repentino en la presión de operación sin inyección de fluido motriz
Causa a.) Taponamiento parcial en el nozzle b.) Acumulación de parafina u obstrucción en la línea de fluido motriz a.) Falla en la tubería de producción b.) Daños en sellos o ruptura en nozzle Taponamiento parcial en el nozzle
Solución Recuperar bomba de subsuelo y reparar Efectuar limpieza con solvente en línea Chequear tubería de producción Recuperar bomba de subsuelo y reparar Recuperar bomba de subsuelo y reparar
CONCLUSIONES •
Este sistema es ideal en pozos desviados, practico en pozos verticales y en localizaciones inaccesibles para ratas y profundidades que lo justifiquen.
•
El equipo se puede utilizar con ventajas en pozos profundos y aún en pozos superficiales con grandes ratas.
•
Teóricamente el bombeo hidráulico aparece como la solución a todo tipo de producción artificial de pozos petroleros. Sin embargo, factores prácticos, como contaminantes en el aceite, arena, agua y sólidos en suspensión, depositación de parafinas en las tuberías y en general el excesivo costo de tratamiento particularmente cuando la producción posee alto corte de agua hacen que su atractivo sea menor. menor.
CONCLUSIONES •
El sistema de bombeo hidráulico de tipo pistón es una opción eficiente para la producción en yacimientos bajo las condiciones especificadas anteriormente, con la posibilidad de mantenimientos reducidos, control de producción desde superficie, y producción de gas.
•
El bombeo de tipo pistón ha entrado en desuso por la complejidad del mecanismo interno y la imposibilidad de llevar a cabo un mantenimiento in situ, junto con las eficiencias comparadas de otros mecanismos ya existentes.
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Villacreces, Ricardo. House, Juan «Estudio para la Implementación del Servicio de Bombeo Hidráulico Tipo Jet de la Compañía Ecojet Cía. Ltda. en Petroproducción. Quito 2010. Weatherford, Búsqueda «Instalaciones del Subsuelo y Configuración». Melo, Vinicio. Presiones y Pérdidas por Fricción en un Sistema Abierto: Folleto Levantamiento Artificial. Gómez, Luis. Variables para la Representación Matemática de la Bomba Jet: Hydraulic Jet Pump Performance. Evaluación Técnica de las Estrategias de Levantamiento Artificial Implementadas en Campos Maduros. Diseño de una Herramienta Software de Selección” Sección 2.2.5. Bombeo Hidráulico tipo Pistón. Cely, Andrés. Pabón, Edgar. Análisis Nodal y Optimización del Sistema de Bombeo Hidráulico tipo jet. UIS Bucaramanga Bucaramanga 2001.
