BOMBEO MECANICO INTEVEP

CURSO DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR BOMBEO MECANICO PDVSA-INTEVEP Ponentes: Aileen Aile en Pé Pére rezz Sergio Caicedo

CONTENIDO • • • • • •

Objetivo Introducción Equipos de de Su Superficie Equipos de Subsuelo Tipos de completaciones típicas Metodología de Análisis del sistema de BM – Norma API 11L – Norma API 11L generalizada • Diagnóstico – Echometer – Problemas típicos • Tecn Tecnol olog ogía ías s no no Con Conve venc ncio ion nales ales

OBJETIVO DEL CURSO •

Int Introducir lo los fu fundamentos de del mé método de de levantamiento artificial por Bombeo Mecánico.

•

Fami Famililiar ariz izar arse se con con las las ecua ecuaci cion ones es de anál anális isis is del del BM a través del desarrollo de hojas de cálculo

•

Dar Dar a cono conoce cerr herr herram amie ient ntas as para para diag diagnó nóst stic ico. o.

•

Pres Presen enta tarr nuev nuevas as tecn tecnol olog ogía ías s y desa desarr rrol ollo los. s.

INTRODUCCION Principio de funcionamiento del Levantamiento Artificial con BM: •Confinar los fluidos y desplazarlos a través de la

bomba de una zona de baja presión a una zona de alta presion presion lo cual permite permite bajar bajar la Presión Presión de fondo fondo

ΔPrequerido

COMO? •Suministrando energía a los fluidos dentro de la tubería

median mediante te el el uso uso de una bomb bomba a recip reciproc rocant antee conect conectada ada y accionada accionada en superfic superficie ie por por una sarta de cabilla. cabilla. La ener energí gíaa es es tra trans nsfe feri rida da al flui fluido do a tra travé vés s de de la la compresión por movimiento del piston. •Como la energía es cedida dentro del pozo es claro que

la bomba incrementa presión y NO SUCCIONA AL YACIMIENTO,, este únicamente se ve favorecido al tener YACIMIENTO menor contra presión en fondo como sucede con CUALQUIER OTRO METODO.

Qd

Principio del Desplazamiento Positivo El principio de desplazamiento positivo consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara. El movimiento del pistón se debe a la fuerza aplicada F, y éste al moverse desplaza el fluido a través del orificio.

Q P2 V

Si el pistón recorre una distancia L hacia la izquierda, el volumen ocupado por el líquido se reducirá en un valor igual a AL (A = área transversal del pistón). Como el fluido es incompresible, el volumen de fluido que sale por el orificio será también AL.

F P1 L

Bombas de desplazamiento positivo (tipo reciprocante) •

Siempre hay una cámara que aumenta de volumen (“succión” o intake en una bomba) y disminuye de volumen (impulsión). Por eso, estas máquinas se llaman también máquinas volumétricas.

•

El intercambio de energía de fluido se hace siempre en forma de presión.

•

El caudal Q no dependerá de la resistencia en la tubería de impulsión, que se reflejará en un aumento de la presión P que reine en el cilindro, ya que dada una velocidad de pistón V, el desplazamiento será el mismo, y el caudal también. Además, si las paredes del pistón son suficientemente robustas, y el motor de accionamiento es potente, la bomba proporcionará toda la presión que se le pide.

•

El caudal de una Bomba Reciprocante es directamente proporcional a su velocidad de rotación y casi independiente de la presión de bombeo.

•

Como el proceso de llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo requiere fricción por resbalamiento entre las paredes estacionarias del receptáculo y las partes móviles, estas bombas no son apropiadas para manejar líquidos que contengan arenas o materias en suspensión.

Distribución de Pozos por Método de Producción en Venezuela

1320; 8,1% 6230; 38.4%

Porcentaje de Pozos por Método de Levantamiento

6187; 38,1% 13; 0.1% 998; 6,1%

1483; 9,1% Flujo Natural

Gas lift

BES

BCP

BHidraulico

Bombeo Mecánico

Distribución Porcentual de la Producción de C rudo por Método de Producción en Venezuela

5,16%

17,15%

BM representa el método de producción con mayor números de pozos

37,82%

0,41%

20,59% 18,88% Flujo Natural

Gas lift

BES

BCP

BHidraulico

Bombeo Mecánico

VENTANA DE APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE LEVANTAMIENTO

REGIÓN DE MÍNIMA INVERSIÓN

Fuente: “ Guidelines for Picking an Artificial Lift Method” escrito por L. D. Johnson.

REGIÓN DE MÍNIMA INVERSIÓN

Fuente: “ Guidelines for Picking an Artificial Lift Method” escrito por L. D. Johnson.

Ventana de aplicación del Método de Bombeo Mecánico • Pozos con 0,1 < IP < 5 • Tasas de producción entre 20 - 4000Bl/d • Tasas de gas entre 0.01 - 0.15 MMPCD • RGL entre 10 - 300 • Nivel de fluido entre 400 - 7000 pies • Viscosidad entre 100 - 80.000 cPs • API entre 6 - 35 • Profundidad entre 400 - 8.000´ • Diámetro del revestidor 4 1/2 - 9 5/8.

Aplicación bombeo mecánico

Johnson, L.D.: “Here are Guidelines for Picking an Artificial Lift Method” - The Oil And Gas Journal, August 26, 1968

Comportamiento de la tasa de producción 4500 4000 CABILLAS GRADO C

3500 D P F B L A D U A C

CABILLAS GRADO D CABILLAS ESPECIALES

3000 2500 5000 2000 1500 1000 500 0 1.000 2.000

3.000

4.000

5.000 6.000

7.000

8.000

9.000 10.000

PROFUNDIDAD EN PIES Johnson, L.D.: “Here are Guidelines for Picking an Artificial Lift Method” - The Oil And Gas Journal, August 26, 1968

DESVENTAJAS

VENTAJAS • Aplicable a crudos pesados y extrapesados • Aplicable en pozos con bajo nivel de fluido. • Capaz de manejar agua • Empleado en la descarga de liquido en pozos de gas • El sistema es eficiente, simple y fácil de operar por el personal de campo. • Se puede aplicar en completaciones sencillas y múltiples. • Puede utilizar gas o electricidad como fuente de energía. • Puede bombear crudos viscosos y a altas temperaturas. • Bajo costo de mantenimiento.

• Limitado a profundidad máxima, 7000 pies. • El

equipo

de

superficie

es

pesado y voluminoso. • Altos costos por instalación • Sensible a la alta producción de arena. • Pérdida de eficiencia volumétrica para pozos con alta producción de gas.

Brazo de Viela

Freno

Manivela

Componentes del sistema de BM

EQUIPOS DE SUPERFICIE • Unidad de Bombeo – Tipos de unidades de bombeo • Mark II • Balanceadas por aire • Rotaflex • Hidraulica

UNIDADES DE BOMBEO La mayoría de las unidades de bombeo se basan en el principio de un mecanismo de cuatro barras (biela manivela) construidas bajo las especificaciones API (American Petroleum Institute)

Convencional • El

movimiento

rotativo

del

motor

es

transmitido, por medio de correas, a la caja de transmisión, la cual reduce la velocidad a través de un sistema de engranes. • El movimiento más lento es comunicado a la viga viajera, mediante la conexión bielamanivela,

y

convertido

en

movimiento

reciprocante. • La

mayoría

de

estas

unidades

son

balanceadas en la manivela. • Otras, con cajas de engranajes pequeñas, son balanceadas en la viga viajera.

UNIDADES DE BOMBEO

Unitorque “Mark II” • Cambia la posición de los brazos y el poste maestro a fin de reducir el torque en la caja de engranajes. • El balanceo de estas unidades se realiza en la manivela.

UNIDADES DE BOMBEO

Balanceadas por aire • Utilizan

un cilindro con aire

comprimido, en lugar de pesas, para contrarrestrar el desbalance, lo cual las hace favoritas en operaciones Costa cuando

es

Afuera

necesario

movilización con cierta prioridad

y su

UNIDADES DE BOMBEO

Rotaflex • Unidad de carrera extralarga • No poseen sistema biela manivela • El movimiento lineal reciprocante se obtiene moviendo alternativamente una correa que desliza por un cilindro, la cual esta acoplada a la barra pulida de la sarta de cabillas por un extremo y por el otro a un contrapeso que permite balancear la unidad. • Empleada para levantar crudo pesado y/o pozos profundos

UNIDADES DE BOMBEO

Unidades Hidráulicas Consisten en sistemas que utilizan principalmente la fuerza axial generada por un cilindro hidráulico reciprocante, para transmitir energía a la bomba de subsuelo a través de las cabillas. El resto del equipo se compone de una bomba hidráulica para transmitir energía y un sistema para manejar el fluido de potencia. • Son compactas y poco costosas • Aplicación: Limitaciones de espacio y donde se quiere minimizar la inversión. • Se consideran de velocidad constante • Se puede utilizar como fluido de potencia aceites de origen vegetal. • Permiten una operación silenciosa y con bajo consumo de energía.

Nuevas unidades de bombeo

Weatherford Economizer

Sistema motriz de las unidades de bombeo Es el conjunto de sistemas a través de los cuales se convierte la energía de rotación transmitida por el motor, en movimiento reciprocante.

Mediante la acción de correas y engranajes se logra reducir las velocidades de rotación. El movimiento rotatorio resultante se transforma en uno reciprocante, a través de la manivela, la biela y la propia unidad de bombeo.

Sistema motriz de las unidades de bombeo camisa Systema de lubricación

Cojinetes de Bronze

cojinetes

Engranajes

Sistema motriz de las unidades de bombeo

Arreglos especiales unidades de bombeo

Dos – en - Uno

Arreglos especiales unidades de bombeo

Tres – en - Uno

UNIDADES DE BOMBEO

Nomenclatura API PK TORQUE MAXIMO en Miles de LBS

MAXIMA CARRERA LONGITUD EN PULGADAS

A- BALANCEADA POR AIRE

B – BEAM BALANCE

C – CONVENCIONAL M – MARK II (UNITORQUE) LP – BAJO PERFIL RM – REVERSE MARK

CARGA MAX. EN LA BARRA PULIDA EN 100’S OF LBF’S

UNIDADES DE BOMBEO MAXIMA CARRERA LONGITUD EN PULGADAS

1 1A 2

3 2

UNIDADES DE BOMBEO

C-912D-365-168 168”

912,000 in-lbs.

36500 lbs..

UNIDADES DE BOMBEO

Rotación Clockwise Pozo al lado derecho

Cambio de Velocidad de bombeo a través de poleas RPM d SPM = x R D SPM: velocidad de bombeo RPM: velocidad del motor (revoluciones por minuto) R: Relación de D: Diámetro de la polea del a caja de engranaje d: diámetro de la polea del motor

Ejemplo RPM = 1170 Revoluciones por minuto del motor R= 30,12 (320D Caja de Engranaje) d = 12” D = 47” 1170 12

SPM =

x

30,12 47

= 9,9

Cambio de Velocidad de bombeo a través de poleas D =47” 1170 RPM

298,7RPM 30,12 GB Ratio =9,92 SPM

d =12”

1170 x 12”/47” = 298,7 RPM Relación GB: 30,12

Cambio de Velocidad de bombeo a través de variador de frecuencia •

La línea del servicio eléctrico es de alta tensión (baja corriente) para reducir las perdidas, usualmente 60Hz

•

El transformador primario se usa

para reducir el voltaje de la fuente primaria a un voltaje que pueda ser manejado por el el equipo de control. Puede ser un auto-transformador trifásico o un banco de tres transformadores monofásicos. Provisto por la compañía de servicio • 



13800V

160V

eléctrico Equipo control:

Tablero “switchboard” (bobinas), no cambia la frecuencia del servicio eléctrico (60Hz), el voltaje de salida será el requerido por el motor. (POLEAS) Si se usa el VDF (electrónica), se puede cambiar la frecuencia (Ejem 50 Hz) el voltaje de salida esta restringido por la electrónica, por lo que se requerirá un transformador secundario (Bobina que mantiene los 50 Hz).

480V

EJEMPLO : DE 13.800 Volts / 3 Amp / 48000 Watt A 160 Volts 480 Volts B 160 Volts 100 Amp C 160 Volts 48000 Watt

Vida útil de la caja de Engranaje en función de la carga

CABEZAL PRENSA ESTOPA

LINEA DE FLUJO

VALVULA CHECK

EQUIPOS DE SUBSUELO • BOMBA –Bombas de tubería –Bombas insertables –Bombas especiales • SARTA DE CABILLAS • ANCLA DE GAS (opcional)

Bomba de subsuelo

Sarta de Cabillas

Vastago de Tiro

Pistón

Válvula Viajera

Barril

Válvula Fija

Componente

Descripción

El émbolo o pistón

Es el elemento movible dentro de la bomba. Su diámetro determina la capacidad de desplazamiento de la bomba y su resistencia es menor que la del cilindro.

Válvula viajera

Está ubicada en el pistón, es de tipo bola y asiento, permite el desplazamiento del fluido desde el barril hacia la tubería de producción a través del pistón.

Barril o cilindro de la bomba

Es una pieza cilíndrica pulida donde se almacena el fluido, dentro del cual se mueve el pistón. El diámetro del barril representa el diámetro nominal de la bomba.

Válvula fija

Es de tipo bola y asiento, facilita la entrada del fluido desde el pozo hasta el barril de la bomba.

Bombas de subsuelo

Bomba de subsuelo

Nomenclatura API

XX XXX X X X X X - X - X

Longitud total de la extensión (pies) Longitud nominal del pistón (pies) Longitud del barril (pies) Tipo de asiento: C=> Copas, M=> Mecánico Ubicación del asiento: A=> Superior, B=>Inferior, T=> Barril viajero Tipo de barril:(Metal) H = Pared gruesa (empacaduras) S= Pared delgada W= Pared delgada P= Pared gruesa Tipo de bomba: R=> insertable, T=>Tubería Diámetro de la bomba: 125=>1-1/2”, 150 2-1/2” 175=>1-3/4”…………… 250=>2-1/2” Diámetro del tubing: 20=>2-3/8”, 25=>2-7/8”, 30=>3-1/2”

25 175 RWB C 18-2-1

Bomba de subsuelo

Tipos de bomba de subsuelo Tuber ía

Insertable “ cabilla ”

Revestidor

Pared Delgada

Pared Gruesa

Pozos someros

Pozos profundos

Bomba de subsuelo

Tipos de bomba de subsuelo Tuber ía

Insertable “ cabilla ”

Tipos de Bomba de subsuelo TIPO DE BOMBA

Tubería

VENTAJAS

• Mayor capacidad. • Son de mayor tamaño y más resistentes. • Se adapta para la producción de fluidos viscosos.

DESVENTAJAS • Se debe extraer la sarta de tubería para reparaciones . • Incrementa

los

costos

de

instalación de la tubería •Presenta menores relaciones de compresión de gas

Insertable

• Pueden manejar pequeños volúmenes de arena fina • El barril de la bomba puede actuar como separador de gas. • Menores costos de remoción y reparación • Excelentes para pozos con bajo nivel de fluido

• Menos resistente ( unión débil entre el pistón y la sarta

de

cabilla ) • No recomendable para pozos profundos con elevadas cargas sobre el barril de la bomba. • Presenta un punto adicional de falla: el anclaje en la tubería

Tipos de Bomba de subsuelo

Bombas Insertables “ Cabilla” Pozos profundos ( hasta 7000 pies ) Moderada / Baja productividad

Ancladas en el fondo Barril estacionario Pozos con bajo nivel de fluido  Pozos con producción de gas 

Anclada en el tope Barril estacionario

Barril viajero Pozos con arena y/o fluidos corrosivos  Pozos con controladores de “pump off”  Pozos con fallas frecuentes en el barril 

Pozos con producción de arena  Pozos con producción de gas  Pozos con bajo nivel de fluido 

Criterios de selección de las Bombas de subsuelo PROFUNDIDAD DE LA ARENA PRODUCTORA • PRESIONES A LAS QUE SE SOMETE EL BARRIL DE LA BOMBA POR CARGAS HIDROSTATICAS DE FLUIDO. • FACILIDAD Y COSTOS DE MANEJO EN LA REPARACION. • UBICACION OPTIMA DE LA BOMBA CON MINIMA PERDIDA DE RECORRIDO DEL PISTON. • DETERMINA LOS ESFUERZOS A LOS QUE SERAN SOMETIDOS LOS EQUIPOS DE PRODUCCION DURANTE EL CICLO DE BOMBEO. ESTO PERMITIRA LA SELECCION DE MATERIALES DE ACUERDO A LOS ESFUERZOS DE CEDENCIA. • TOLERANCIA ENTRE EL PISTON Y EL BARRIL DE LA BOMBA DE SUBSUELO.

TIPO DE FLUIDOS

BOMBEADOS

• MANEJO DE CRUDOS VISCOSOS QUE ACARREAN PERDIDAS POR FRICCION. • PRESIONES QUE ORIGINAN LA PRODUCCION DE ALTOS VOLUMENES DE AGUA. • EFECTOS DE FLOTABILIDAD DE CABILLAS" POR MANEJO DE CRUDOS VISCOSOS. • EFECTO DRASTICO SOBRE LAS EFICIENCIAS DE BOMBEO POR MANEJO DE CRUDOS DE ALTA VISCOSIDAD • EFECTO SOBRE LAS EFICIENCIAS DE BOM BEO AL MANEJAR ELEVADOS VOLUMENES DE GAS LIBRE. • PRESENCIA DE PARAFINAS Y OTROS COMPONENTES SOLIDOS QUE CAUSAN ATASCAMIENTO DE VALVULAS Y MUESTRAN RESISTENCIA AL FLUJO NORMAL.

Criterios de selección de las Bombas de subsuelo PRODUCTIVIDAD DEL POZO • DETERMINA LA CAPACIDAD DE BOMBEO REQUERIDA Y EL TAMANO DE BOMBA A INSTALAR. • DETERMINA LAS CONDICIONES DE BOMBEO Y LOS EQUIPOS DE SUPERFICIE. • UBICACION Y SUMERSION OPTIMA DE LA BOMBA DE SUBSUELO.

TEMPERATURA DEL FLUIDO • CALIDAD Y COMPOSICION QUIMICA DE LAS PARTES INTEGRANTES DE LAS BOMBAS DE SUBSUELO. • TOLERANCIA ENTRE EL PISTON Y EL BARRIL DE LA BOMBA DE SUBSUELO. • DESPUES DE LA INYECCION DE VAPOR, PRODUCCION DE ELEVADOS VOLUMENES DE FLUIDOS.

COSTO POR EQUIPO Y MANTENIMIENTO • COSTOS POR TIPO DE BOMBA (TUBERIA O IN SERTABLE) PARA UTT MISMO DIAMETRO DE TUBERIA. • COSTOS POR REPARACION DE LOS TIPOS DE BOMBA EXISTENTES • COSTOS POR SERVICIOS AL CAMBIAR UN TIPO POR OTRO.

Configuración Básica bomba de subsuelo – Tubería de producción

Dimensiones de la bomba de subsuelo Las bombas son fabricadas para 4 tamaños de tubería Designación API Diámetro de Tubería (pulg) 15 1.9 20 2 3/8 25 2 7/8 30 3½

Tamaños de Revestidor / tubería / tipo de bomba Tamaño del Revestidor (pulg)

Tamaño de tubería, Max (pulg)

Tamaño de Cabilla, Max (pulg)

Bomba insertable, RW, Max (pulg)

2-7/8

1-1/2

5/8

3-1/2

2-1/16

4

Bomba Tubería, Max (pulg)

Bomba tubería oversize, Max (pulg)

1-1/4

1-1/2

2

3/4

1-1/4

1-1/2

2

2-3/8

7/8

1-1/2

1-1/4

1-3/4

2-1/4

2-7/8

1

2

1-3/4

2-1/4

2-3/4

5

2-7/8

1

2

1-3/4

2-1/4

2-3/4

5-1/2

3-1/2

1-1/8

2-1/2

2-1/4

2-3/4

3-3/4

6-5/8

3-1/2

1-1/8

2-1/2

2-1/4

2-3/4

3-3/4

7

4-1/2

1-1/8

3-1/4

2-3/4

3-3/4

4-3/4

7-5/8

4-1/2

1-1/8

3-1/4

2-3/4

3-3/4

5-3/4

4-1/2

Bomba insertable, RH, Max (pulg)

Funcionamiento de la bomba

Funcionamiento de la bomba

CARTA DINAGRAFICA 100% LIQUIDO

Carta dinagráfica sin elongación de cabillas/tubería baja velocidad 100% liquido Peso de la sarta de cabillas sumergida + Peso del fluido manejado

Carrera ascedente

a g r a C

Peso de la sarta de cabillas sumergida

Carrera descendente Longitud de embolada Posición

P.M.I.

P.M.S.

P.M.S.:punto muerto superior P.M.I.: punto muerto inferior

Carta dinagráfica sin elongación de cabillas/tubería baja velocidad gas y liquido

Peso de la sarta de cabillas sumergida + Peso del fluido manejado

Peso de la sarta de cabillas sumergida

a g r a C

Posición Carrera efectiva Trabajo gastado en comprimir gas

Componentes de la bomba Las bolas/ Jaula /Asiento afectan el caudal máximo y eficiencia de llenado de las bombas dependiendo de la presión de entrada a la bomba PIP

Q max piston Q max piston

= V max cabilla A piston

( S / 12 ) ( SPM / 60 ) =( ) A piston 5 .615 * 24 * 60 * 60 2 4

Q

= Aasiento ( P IP − Pbarril ) Depende de la geometria y se infiere a través carta dinagrafica

Tamaños disponibles de bolas y asientos

EQUIPOS DE SUBSUELO • BOMBA –Bombas de tubería –Bombas insertables –Bombas especiales • SARTA DE CABILLAS • ANCLA DE GAS (opcional)

Sarta de Cabillas Conecta la bomba de subsuelo con la unidad de bombeo de superficie, a objeto de transferir energía, soportar las cargas y accionar la bomba de subsuelo. Cabillas

Características

convencion ales

Su sección transversal es circular

(API)

Se fabrican en longitudes de 25 y 30 pies, unidas por acoples o cuellos. Su velocidad de instalación aproximada es de 30 pies, en 2 minutos Pueden ser instaladas en combinaciones de 2 a 4 tamaños. De acuerdo a su fabricación o manufactura existen cuatro clases, las grado C, D , K y KD El módulo de elasticidad es de aproximadamente 30.5 MMlpc

Grado API C

Resistencia a la tensión mínima (MLPC) 90.0

D

115.0

K

85.0

Factor de Servicio (SF) Ambiente

Grado C

N

1.00

Grado D 1.00

S

0.65

0.90

H

0.50

0.70

Cabillas API Las cabillas consisten de 25 pies ó 30 ft incluyendo rosca pin (macho) en ambos extremos.

API Tamaño Area No. Sq. in. 4* ½ 0.196 5 5/8 0.307 6 ¾ 0.442 7 7/8 0.601 8 1 0.785 9 1 1/8 0.994 10 1¼ 1.227

Peso en aire lb/ft., Wr 0.72 1.13 1.63 2.22 2.90 3.67 4.53

Cabillas continuas (no API)

De fibra de vidrio (no API)

Descripción Semi-elípticas o redondas

Dimensiones Tamaño (pulg.) 1 - 1/16

Área (pulg2) 0.994

Peso (Lbs./pie) 3.015

1

0.785

2.670

Se entregan en carretos de 18 pies de diámetro y capacidad máxima de 12000 pies de cabillas

15/16

0.690

2.347

Requieren de un equipo especial para su instalación / desintalación

7/8

0.601

2.044

Requieren de soldadura para operaciones de conexión / desconexión

13/16

0.518

1.763

3/4

0.441

1.502

Su bajo peso reduce las cargas

Tamaño (pulg.)

Área (pulg2)

Peso (Lbs./pie)

Vienen en longitudes de 37,5 pies

0,75

0,442

0,507

La temperatura máxima de diseño es de 200 F

0,855

0,574

0,746

No se recomiendan para pozos direccionales o altamente desviados.

0,980

0,754

0,848

Reducen las fallas por corrosión

1,2

1,131

1,1

No requiere acoples, utiliza un cuello en superficie y otro en el fondo Se fabrican para la longitud requerida

El modulo de elasticidad está en el rango de 7,2 a 9 MMlpc, se elongan 3,8 veces más que las de acero.

Cabillas Continuas

Cabilla continua

Acoples

Conexión de las Cabillas Acople Cuadro de Llave

Cabilla

INFORMACIÓN ENCONTRADA EN LAS CABILLAS

SLIM FULL

CALIBRACIÓN DEL TORQUE REQUERIDO EN LAS CABILLAS.

CALIBRACIÓN DEL TORQUE REQUERIDO EN LAS CABILLAS.

Sarta de Cabilla API 8/8

API 86 Bomba 1.5” Diseño sugerido - 26.8%, 27%, 46.2%

Esfuerzos iguales

Grado API 7/8

C - 90,000 psi min. tensile K - 90,000 psi min. tensile

Not Correct!!

D - 115,000 psi min. tensile 6/8

Cabillas de alta Tensión 140,000 psi min. tensile

Esfuerzo Mínimo en el tope de la sección de cabilla para evitar el pandeo “buckling” DIAMETRO DE LA CABILLA (pulg.)

MINIMO ESFUERZO (psi)

1

2546

7/8

3326

¾

4527

5/8

6519

EQUIPOS DE SUBSUELO • BOMBA –Bombas de tuberia –Bombas insertables –Bombas especiales • SARTA DE CABILLAS • ANCLA DE GAS

(opcional)

Separadores de gas Ancla de gas natural tipo niple perforado

Ancla tipo copas

Separadores de gas Ancla descentrada

Ancla tipo empacadura

Tipos de completaciones en Bombeo Mecánico

UNIDAD DE BOMBEO

GUAYA ELEVADOR BARRA PULIDA

PRENSAESTOPA DE SUPERFICIE LINEA DE FLUJO CRUDO CABEZAL LINEA DE GAS

CONEXION REVESTIDOR LINEA DE FLUJO

SARTA DE CABILLAS REVESTIDOR

CONVENCIONAL

EDUCTOR S A G

• Sin empacadura de fondo: Permite la separación natural del gas por el anular PISTON VALVULA VIAJERA VALVULA FIJA

CRUDO COLGADOR FORRO RANURADO (LINER)

GRAVA

UNIDAD DE BOMBEO


PRENSAESTOPA DE SUPERFICIE LINEA DE FLUJO MEZCLA CRUDO-DILUENTE CABEZAL INYECCION DE DILUENTE

INYECCION CONTINUA DE DILUENTE POR ANULAR SIN EMPACADURA

CONEXION REVESTIDOR LINEA DE FLUJO

SARTA DE CABILLAS REVESTIDOR EDUCTOR S A G

• Recomendado en la producción de crudo pesado • Permite la separación natural del gas por el anular

PISTON VALVULA VIAJERA

VALVULA FIJA CRUDO COLGADOR FORRO RANURADO (LINER)

GRAVA

UNIDAD DE BOMBEO


PRENSAESTOPA DE SUPERFICIE LINEA DE FLUJO MEZCLA CRUDO-DILUENTE

CABEZAL

INYECCION DE DILUENTE

SARTA DE CABILLAS

INYECCION CONTINUA DE DILUENTE POR ANULAR CON EMPACADURA

REVESTIDOR EDUCTOR

• Recomendado para la producción de crudo pesado • Evita la flotación de cabillas PISTON VALVULA VIAJERA DOSIFICADOR VALVULA FIJA EMPACADURA CRUDO COLGADOR FORRO RANURADO (LINER)

GRAVA

UNIDAD DE BOMBEO


PRENSAESTOPA DE SUPERFICIE INYECCION DE DILUENTE

CABEZAL

INYECCION CONTINUA DE DILUENTE POR LA TUBERIA

LINEA DE FLUJO MEZCLA CRUDO-DILUENTE

SARTA DE CABILLAS REVESTIDOR EDUCTOR

• Recomendado para la producción de crudo pesado • Evita la flotación de cabillas

NIPLE RANURADO EMPACADURA


VALVULA FIJA CRUDO COLGADOR FORRO RANURADO (LINER)

GRAVA

UNIDAD DE BOMBEO

GUAYA ELEVADOR BARRA PULIDA CABEZAL

PRENSAESTOPA DE SUPERFICIE VALVULA PARA REPOSICION DE FLUIDO DE LUBRICACION CRUDO LINEA DE FLUJO

PRENSAESTOPA DE SUBSUELO TUBERIA CON LIQUIDO BAJA VISCOSIDAD

FLUIDO PERMANENTE PARA LUBRICACION SARTA DE CABILLAS REVESTIDOR EDUCTOR

• Util en producción de crudo pesado • Evita la flotación de cabillas • Solo se inyecta una vez diluente.

PRENSAESTOPA DE SUBSUELO


VALVULA FIJA EMPACADURA CRUDO COLGADOR FORRO RANURADO (LINER)

GRAVA

Diseño de Sistemas de Bombeo Mecánico

Diseño de sistemas de Bombeo Mecánico

Factores a considerar • • • • • • • •

Bomba de subsuelo Tasa de producción Manejo de sólidos Profundidad y sarta de cabillas Costos de inversión Cargas en las cabillas y la caja de engranaje Aporte del yacimiento Costos de energía


Pasos a seguir en selección BM: • • • •

Definición de estado mecánico del pozo. Estudio de afluencia (inflow) IPR Estudio de eflujo (outflow) a nivel de colocación de la bomba. Definición de curva del sistema.

Diseño de sistemas de Bombeo Mecánico Definición de estado mecánico del pozo: •

• • • • • • •

Diámetro interno de la sección. Tope y base de la sección. Desviación por cada 100 ft en la sección. Angulo de inclinación de la sección. Registro de desviación del pozo. Tope y base de perforaciones. Definir profundidad de referencia, Datum. Definir nivel de colocación de la bomba.


Curva de Afluencia (inflow): Relación entre caudal, la Presión de fondo fluyente (Pwf) y la presión Estática (Pr), que define el comportamiento de afluencia de fluidos del yacimiento. • IP Constante (Yacimiento Subsaturado) • IP Variable (Yacimiento Saturado)


Curva de Eflujo (outflow): • Los cálculos de resistencia de un sistema hidráulico, para para diferentes tasa de producción, definen una curva Eflujo, de tambien conocida como curva outflow.

Pwf Pr

1 Afluencia

2

3

Eflujo

Q


Punto de Operación • Una vez definido el comportamiento de afluencia y eflujo, se define el punto objetivo de producción del pozo (tasa deseada), • Tomar en cuenta las posibles restricciones dadas por las tasas críticas de arenamiento, conificación, adedamiento, o cualquier otro efecto no deseado producto de un excesivo Drawdown en el yacimiento.

Pwf

Qd

Q

ECUACIONES DE DISEÑO

Ecuaciones Básicas

Inflow@fondo

6000

Índice de productividad

Inflow@fondo

5000 4000

Constante

Q = IP ( P R

3000

P

2000

− PWF )

1000 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

Q

Aproximación de Vogel Py
Inflow@fondo 6000 Inflow@fondo

5000

Q0 Qmax

⎛ PWF ⎞ ⎛ PWF ⎞ ⎜ ⎟ ⎟⎟ = 1 − 0,2 ⋅ ⎜ − 0,8 ⋅ ⎜⎜ ⎟ ⎝ PYAC ⎠ ⎝ PYAC ⎠

2

4000 3000

P

2000 1000 0

Qmax = IP*Pyac 1.8

0

1000

2000

3000 Q

4000

5000


Ecuaciones Básicas

Inflow@fondo

Aproximación de Vogel Py >Pb

6000 Inflow@fondo

5000 4000

> Pb Q = IP( P yac − PWF )

3000

P

Pwf

2000 1000 0 0

Pwf < Pb

1000

2000

3000

4000

5000

Q

ΔQ = ΔQmax(1− 0.2

Pwf Pb

2

− 0.8

Pwf

(Q − Qb ) = (Qmax − Qb )(1− 0.2

Inflow@fondo

) 2

Pb

Pwf Pb

6000

− 0.8

2

5000

) 2

4000

Pwf Pb

Inflow@fondo

P3000

2000 1000

IP⋅ Pb

ΔQmax =

1.8

0

= 0.55⋅ IP⋅ Pb

0

1000

2000

3000

Q

4000

5000


Ecuaciones Básicas Densidad Multifásica de la mezcla gas-líquido ρm(P,T) = λgρg(P,T) + (1− λg )[Fwρw (P,T) + (1−Fw )ρo(P,T)]

Caídas multifásica de presión en la tubería (Ec. Energía Bernulli) 2

f ρ v g Pwf = Pcabezal+ ρm(senθ)ΔLVer + m m m gc 2gc d

ΔLVer +

ρmvmdvm

gc dz

ΔLver


Presión Pr 0 Pwh l o o c e d i i t v á i u n l N f i d

Pdp = Presión descarga PDP

a b m o B

= PWH

P DP o d z a o d P i d n u f o r P

PIP

ΔP

2 ⎡g f m ρ m v m ρ v dv ⎤ + ⎢ ρ m ( sen θ ) + + m m m ⎥ Pr of bomba g c dz 2g c d ⎢⎣ g c ⎥⎦

≈ Pwh + 0.433γ m Pr of bomba

Pip = Presión de entrada a la Bomba 2 ⎡g f mρmvm ρmvmdvm ⎤ + PIP = Pwf − ⎢ ρm(senθ) + ⎥(Pr of perf − Pr of bomba) 2 g g d g dz ⎢⎣ c ⎥⎦ c c

Pr

Twh Tr Temperatura

P IP ≈ Pwf −0.433γ m Pr of perf − Pr of bomba

ECUACIONES DE DISEÑO PCASING =

PWH (Casing conectado Línea Flujo)

Ecuaciones Básicas

0 Venteo atmosférico

l o o c e d i i v i u a n l N f i d

PIP = PCAS +ρmgc Hsumergencia a b m o B

Hsumergencia

=

PIP

− Pca sin g ρ m gc

− Pca sin g = 0.433γ m PIP

o z o P

PIP = Presión de entrada a la Bomba Pr

Niveldinamico = Pr of bomba − Hsumergencia


Ecuaciones Básicas Propiedades PVT Fluidos l o o c e d i i v i u a n l N f i d

B g ,Bo ,B w ,R s

Qo (P, T) = Bo (P, T)Qos Q w (P, T) = B w (P, T)Q ws

a b m o B

= RGP× Qos Qg _ entrada(P, T) = Bg (P, T)Qgs Qg _ manejado(P, T) = (1 − ηseparacion)Bg (P, T)Qgs Qgs

o z o P

PIP Pr

= f P, T, API, γ g,Pb

Caudal de gas manejado por la bomba

RGP× Qos 14.7 520 Qg _ manejado(PIP,TIP ) = (1− ηseparacion) (PIP +14.7) (T + 460)Z(PIP,TIP, γg ) 5.615

ECUACIONES DE DISEÑO La FRACCIÓN DE GAS LIBRE manejada por una bomba se calcula como la relación de caudal de gas entre el caudal total de gas, petróleo y agua a condiciones de presión y temperatura a la entrada de la bomba.

QGaslibre @ P ,T

α Gaslibre

=

α Gaslibre

(1 − η sep )QGasyac @ P ,T = (1 − η sep )QGasyac @ P ,T + QO @ P ,T + QW @ P ,T

QGaslibre @ P ,T + QO @ P ,T + QW @ P ,T

ECUACIONES DE DISEÑO Efectos RGP en Bombeo Para tener una idea de los ordenes de magnitud. Evaluemos la fracción de gas libre para el siguiente caso. 0% Agua, RGP = 561 PCN/BBL a diferentes presiones 14.7 147 y 1470 psia (1, 10 y 100 ATM) a 60F sin separación en fondo. Haciendo solo correcciones por presión. 561 PCNg/BBLo es 100 BBLg/1 BBLo a 14.7 psia = 99% gas libre 10 BBLg/ 1 BBLo a 147 psia = 90% gas libre 1 BBLg /1 BBLo a 1470 psia = 50% gas libre Observese que lo que parece una RGP relativamente baja para un pozo del lago es una relacion volumetrica que varia notoriamente con la presión La tabla en excel anexa permite ver la situación con más precisión y considerando las condiciones de yacimiento.

Ecuaciones Básicas Presión 0 Pwh

l o o c e d i t i v á i u n l N f i d a b m o B o z o P

d a d i d n PIP u f o r P

TDH

TDH = Hdinamicatotal

ΔP

PDP

TDH

≈

POTENCiAHidraulica _ requerida

= H dinamicato tal =

P DP

− PIP

ρm gc

0.433γm

= Pr of bomba −

(PIP − Pwf )

0.433γm

− PIP ≈ Pr of bomba − H SUMERGENCI A = Nivel Dinamico 0.433γ m

PDP

Hidraulica _ requerida

POTENCiAHidraulica _ requerida = Qfluidototal × ΔPBomba =

= Q fluidotota l × Δ PBomba

1 5,615 × Q fluidototal × 12 × 12 × [PDP − PIP ] 550 24 × 60 × 60

1 5,615× Qfluidototal ×12 ×12 ×Hdinamicax0.433γm 550 24 × 60 × 60

POTENCiA Hidraulica _ requerida

η sistema

=

0.433γm

= Q fluidototal × ΔPBomba =

POTENCiA MOTORSUPER F =

tal

=

(Pwf + 0.433γm Pr of bomba) − PIP 0.433γm Pr of bomba − (PIP − Pwf )

POTENCiA

Pr

= H dinamicato

≈

POTENCiA Hidraulica _ requerida

0,8

ECUACIONES DE DISEÑO OBSERVACIONES IMPORTANTES Presión 0 Pwh

l o o c e d i t i v á i u n l N f i d a b m o B o z o P

Pr

•La Bomba NO SUCCIONA. •Como se aprecia claramente la bomba incrementa la presión del fluido de Pip a Pdp

d a d i d n u f o r P

PIP

ΔP

PDP

•El Yacimiento al estar presurizado se ve favorecido con una presión de fondo menor P wf . Si esta presión es lograda por cualquier otro método se presentaran los mismos fenomenos de influjo en el medio poroso independientemente del método de levantamiento. Es decir que conificaciones de agua o gas, arenamiento se producen por la diferencia de presión Pyac-Pwf

METODOLOGIA DE ANÁLISIS DEL SISTEMA DE BM Mill´s Method - 1940´s

API RP 11L - 1950´s

Wave Equation Determinar parámetros operacionales OBJETIVO

• Cargas en la barra púlida durante la acción de bombeo • La longitud de la émbolada del pistón en fondo • El torque requerido en superficie

Metodología de análisis del sistema de BM

Metodo de Mills Solamente considera una corrección con aceleración uniforme que permite estimar las cargas (máximas, mínimas), carrera efectiva del pistón y Torque de la unidad.

FACTOR DE ACELERACIÓN DE MILLS

δ = ±

2

SN

70500

Método de Análisis de BM API 11L consideraciones Basándose en simulaciones analogicas* que incluyen la dinámica de la cabilla, la geometría del balancin, baja viscosidad, pistón, frecuencia de operación definiendo parámetros adimensionales que permiten escalar resultados a magnitudes de campo. De esta manera, se obtienen correcciones para estimar cada uno de los parámetros de interés: •Cargas máximas, mínimas •Carrera efectiva del pistón •Torque de la unidad.

Método de Diseño de BM API 11L consideraciones

• Llenado completo de la bomba de subsuelo (sin interferencia de gas o golpe de fluido) • Cabillas de acero con diseño API • Unidades de bombeo de geometría convencional • Poco deslizamiento del motor • Unidad perfectamente balanceada • No debe existir grandes efectos de fricción o aceleración de fluido • Profundidades mayores de 2000 pies

Evolución de los Métodos de Diseño operacionales en BMC Determinación de parámetros

• Cargas en la barra púlida durante la acción de bombeo 

Peso de la sarta de cabilla



La fuerza de flotación



Fuerzas mecánicas y de fricción debido al fluido a lo

largo de la sarta 

Fuerzas dinámicas



La carga de fluido sobre el pistón de la bomba

Diseño de sistemas de BM “API 11L”

Procedimiento de cálculo • Recolección de datos, éstos pueden ser de una instalación existente o de datos calculados. • Cálculo

de

los

parámetros

adimensionales

independientes. • Obtener los parámetros adimensionales dependientes (de las gráficas de diseño API). • Determinar los parámetros operacionales del sistema (cargas max. y min. en la barra púlida, torque requerido, carrera del pistón en fondo).

CPM ------ > 0 F1 ------- > Fo F2 ------- > 0 Fo

Definición y Lectura de parámetros Obs CPM no esta registrado en la carta dinagrafica

Diseño de sistemas de BM

Carga de fluido sobre el pistón “FO” Pdp = Presión descarga

P DP

o c l o i e d i v m i á u l N f i n d

≈ PTubwh + 0 .433 γ m hbomba + Δ P fric

Pip = Presión de entrada a la Bomba a b m o B

o z o P

Pr

PDP

P IP

≈ Pcaswh + 0.433γ m hSumerg

PIP

= ( P DP − P IP ) APISTON F 0 ≈ ( Ptubwh + 0.433γ m h Bomba − ( Pcaswh + 0.433γ m hSumerg )) APISTON F 0 ≈ 0.433γ m (h Bomba − hSumerg ) APISTON F 0

F 0

≈ 0.433γ m h NIVELFLUIDO APISTON


Fuerza de referencia Que tan grande debe ser la carga en el pistón para que toda la carrera “ s” del balacin sea transformada en deformación. Es equivalente a imaginar la cabilla fija en fondo y sólo mover el balancín. Por definición de la constante del resorte

Freferencia=S.Kr Que es más dificil de estirar 1 pie ¿una cabilla de 1000 o 10000 pies?


Fuerza de referencia La fuerza de referencia nos dira que tan cargada esta la cabilla, en el sentido que si la carga máxima se aproxima a Fref claramente para bajas SPM la carrera efectiva pistón sera cero

Freferencia=S.Kr F D

=

F SK r


Frecuencia de referencia La frecuencia de referencia es la frecuencia natural o fundamental de oscilación de la cabilla. Al acercarnos a este valor nos mostrará los efectos dinámicos de resonancia. Si u(z) es la deformación de la cabilla en cualquier punto x. La frecuencia natural se obtiene de resolver la ecuación de onda sin fricción ni elementos forzantes (balancin) sujeta a las con condiciones

y

u(0,t) = 0 du/dz(L,t) = 0

Borde fijo Borde libre

ma = ΣF ext

∂ 2u ( AΔ z ρ ) 2 = ΣF ext = ( F + ΔF ) − F = ΔF ∂t ∂F ∂ 2u ∂u ΔF = Δ z = AM Y 2 Δz F = AM Y ∂ z ∂ z ∂ z Sustituyendo: ∂ 2u ∂ 2u ( AΔ zρ ) 2 = AM Y 2 Δ z ∂t ∂ z

∂ 2u ∂ 2u ρ 2 = M Y 2 ∂t ∂ z


Frecuencia de referencia 2

∂u ∂t 2

⎛ M Yacero ⎞ ∂ 2u ⎟⎟ 2 = ⎜⎜ ⎝ ρ acero ⎠ ∂ z

Si sabemos que en la ec onda V es la velocidad de propagacion

2 ∂ 2u 2 ∂ u 2 = V acero ∂t ∂ z 2

por inspección 2

V

sonidoacer o

=

M Yacero

Evaluar magnitud

ρ acero

1) Introduciendo en la Ec. Onda una solucion del tipo

u ( z , t ) = cos( wt + δ )[ A cos(ξ ⋅ z ) + B sin(ξ .z )] Se obtiene las siguiente relacion

2

2

2

w u ( x, t ) = V ξ u ( x, t )

w = ξ V sonidoacer o

2) Utilizando la definicion de periodo T y longitud de onda λ

u ( z , t ) = cos( w(t + T ) + δ )[ A cos(ξ ⋅ ( z + λ )) + B sin(ξ .( z + λ ))]

2π = wT ξλ = 2π

2π = w

1 f

f

=

w

2 π 2 π ξ = λ


Frecuencia de referencia 1) Introduciendo las condiciones de borde en la solución u(0,t) = 0

u ( z , t ) = cos( wt + δ )[ A cos(ξ ⋅ x ) + B sin(ξ .x ) ]

[ A cos(ξ ⋅ 0) + B sin(ξ .0)] = 0 d dz

[ B sin(ξ . z )]

wo du/dz(L,t) = 0

=

π

2 L

A=0

Bξ cos(ξ L . )=0

z = L

ξ 0 . L =

ξ o

=0

⇒

π

2

; ξ 1. L = 3

π

π

; ξ 2 .L = 5 ........... 2 2

ft-1

= ξ 0V sonidoacer o

wo f o

= =

π V rad/min

2 L wo ciclos/min 2π

N o= f o

=

V sonidoacer o

4 L

Diseño de sistemas de BM S

Potencia requerida POTENCIA

=

F: Fuerza d: desplazamiento t: tiempo

F .d t

Si remplazamos La fuerza de referencia por Fref = SKr Y el desplazamiento de referencia dref = S

POTENCIAref

=

SK r ⋅ S

60

SPM

=

SK r ⋅ S ⋅ SPM

60

Diseño de sistemas de BM Sistema de accionamiento: PRHP (CLF ) Considerando el factor de carga cíclica Hp = Es Torqueprom ⋅ N PRHP =

63025

Tipos de accionamiento: Motores eléctricos: NEMA C: menos del 5% de deslizamiento NEMA D: del 5-8% de deslizamiento NEMA D: del 8-13% de deslizamiento Motores de combustión interna: Dos tiempos o cuatro tiempos

Diseño de sistemas de BM C B E

C

Torque de referencia

A

τ =

F(t)

A ⋅ R sen(α (t )) C

cos( β (t ))

( F (t ) − CBE )

Para la geometría de unidad convencional se gráfica y por inspección de los datos se estima que el torque máximo es aproximadamente igual

τ max Si remplazamos PPRL-CBE por la fuerza F = SKr

τ ref

S

≈ ( SK r ) 2

S

≈ ( PPRL − CBE ) 2

Diseño de sistemas de BM Cuantos contrapesos utilizar? CargaMax 4 personas

CBE = 1,06 (Wrf + 0,5 Fo)

Diseño de sistemas de BM Efecto del contrapeso: PT carreraasc endente PT carrerades cendente

= (PPRL − Ct )(S / 2 ) Si ocurre a 90° = (Ct − MPRL )(S / 2 )

Factores de torque:

0.5(PPRL (TF 1 ) − MPRL (TF 2 )) PT = 0.93

Pico de torque Durante el ciclo

Contrapeso requerido: Ci

= 0.5(PPRL + MPRL )

Contrapeso requerido

Diseño de sistemas de BM Para generalizar los resultados las simulaciones fueron realizadas para diferentes fuerzas del pistón adimensionalizadas y diferentes frecuencias adimensionalizadas

=

F 0 D

N D

=

N ' D

=

F 0 SK

N N o N N ' o

r

= =

f f o f f ' o

Donde se hace corrección a las cabillas telescópicas FREC

N ' 0

= N 0 ⋅ FREC correcion

Cabilas uniformes FREC correccion = 1

corrección

>1

Diseño de sistemas de BM “API 11L” Números adimensionales significativos N No

Velocidad de bombeo adimensional

No: Frecuencia natural de la sarta de cabillas (30/min o más) N: Velocidad de bombeo (SPM)

Económico 0.3 ≤

N No

≤ 0.35

Mecánico

Fo

Factor de estiramiento de cabillas (Relación de elongación S ⋅ Kr de las cabillas contra la longitud de carrera del pistón) Fo Kr Kr

: Elongación de las cabillas debido a la carga de fluido

: Constante de resorte de la sarta de cabillas

Económico

0 .4 ≤

Fo S ⋅ Kr

≤ 0.75

Mecánico

Diseño de sistemas de BM “API 11L”

N No

Fo S ⋅ Kr

Diseño de sistemas de BM Curvas parametros adimensionales

S D

= f 0 ( F 0 D ,

N '0 D )

Definición de parámetros adimensionales

Cálculo de parámetros operacionales

S D

S p

= S D ⋅ S

=> Qvolumetrico=ApSpCPM

=

S p S

Diseño de sistemas de BM Curvas parametros parametros adimensio adimensionales nales

F 1 D

= f 1 ( F 0 D ,

N 0 D )


Cálculo de parámetros operacionales

F 1 D

=

F 1 SK r

F 1 = F 1 D ⋅ SK r

PPRL = W rf +

F 1 Sk r

Sk r


F 2 D

= f 2 ( F 0 D ,

N 0 D )


Cálculo de parámetros operacionales =>

F 2 D

F 2

=

F 2 SK r

= F 2 D ⋅ SK r

MPRL = W rf −

F 2 Sk r

Sk r


τ D

= f 4 ( F 0 D ,

N 0 D )

τ D


Cálculo de τ parámetros operacionales =>

τ max

= τ D

S

2

= SK r ⋅

τ S

2

= τ D ⋅ SK r ⋅ ⎡

⋅ T ajuste

S

2

⋅ T ajuste

⎛ W rf ⎞ T ⎤ − 0.3 ⎟⎟ a ⎥ ⎝ Sk r ⎠ 10 ⎦

Sk r ⎢1 + ⎜⎜

⎣

⋅

Curvas parametros parametros adimensio adimensionales nales

T ajuste

=>

= f 4 ( F 0 D ,

N '0 D )

Diseño de sistemas de BM Curvas parametros adimensionales

POT D

= f 3 ( F 0 D ,

N 0 D )


POT D =

POT SK r ⋅ S ⋅ SPM

POT SK r ⋅ S ⋅ SPM

Cálculo de D ⋅ SK r ⋅ S ⋅ SPM parámetros POT = POT operacionales

Norma API MODIFICADA

Unidades balanceadas por aire

PPRL

=

MPRL

W rf - F 1 - 0 ,85

Unidades Unitorque “Mark II”

MPRL

=

PT

= 1 ,06

⎠

W rf - F 0 - 0 ,75

= 1 ,04

⎞ ⎟⎟ S k r S k r ⎠ F 2

+ MPRL PPRL 2

⎛ F 1 ⎜⎜ ⎝ S k r

⎛ F = PPRL -⎜⎜ 1 + ⎝ S k r

CBE

⎞

S k r - F 0 ⎟⎟

⎛ F = PPRL -⎜⎜ 1 + ⎝ S k r CBE

PPRL

⎛ F 1 ⎜⎜ ⎝ S k r

⎞

S k r - F 0 ⎟⎟

⎠

⎞ ⎟⎟ S k r S k r ⎠ F 2

PPRL + 1 ,25 MPRL

2

= (0 ,93 PPRL - 1 ,2 MPRL )

S

4

Revisión método Análisis de sistemas deAPI BM

LIMITACIONES DEL METODO API • El método API no diseña, solo evalúa la completación bajo estudio • La norma no aclara el origen de las ecuaciones, ni el origen de las tablas, ni las condiciones mecánicas impuestas en el diseño. • El uso de las tablas/método API no es apropiado en casos donde las condiciones (por ejemplo altas fricciones en crudos pesados) difieren notoriamente a las asumidas. • Si salen al mercado nuevas bombas y cabillas de mayor o menor diámetro a lo considerado en la tabla, un algoritmo basado en tablas no permite hacer estos diseños hasta que la API actualice la norma. • El método API es un formulario para obtener los esfuerzos, los torques, cargas, etc, y el caudal manejado por la bomba sin consideración del aporte del yacimiento. Es decir el método API no hace análisis nodal.

Revisión método Análisis de sistemas deAPI BM

LIMITACIONES DEL METODO API

• Cual es el mejor Balancin para el pozo? • Cual es la mejor bomba para el pozo? • Cual es la mejor sarta de cabillas para el pozo? • Cual es la mejor CPM para el pozo? • Que %Qmaxyacimiento se esta produciendo ? INFLOW y OUTFLOW • Cual es la eficiencia volumétrica de la bomba? • Cual es el escurrimiento de la bomba?

EFECTOS DE LA CABILLA EN EL DESEMPEÑO DE LA BOMBA Desempeño Bomba 900 800 700 o 600 c i r t e 500 m u 400 l o v Q300

cabilla 1 1/8 FIT 0.001 cabilla 7/8 FIT 0.001

200 100 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

DPbomba

QVOLUMETRICO=Apist*Desplazamientoefectivo*CPM

EFECTOS DEL ESCURRIMIENTO EN EL DESEMPEÑO DE LA BOMBA Escurrimiento es el Caudal que se pierde por el espacio anular entre las paredes del pistón y el barril Lpistón

La bomba de desplazamiento positivo Ideal tiene Qescurrimiento = 0 La bomba de desplazamiento positivo Ideal tiene Qescurrimiento = f(ΔP,FIT, μ,Lpiston, Reyanular)

QDESPLAZADO=QVOLUMETRICO-QESCURRIMIENTO

Tolerancias “Fit” recomendados para una longitud del pistón de 2 pulgadas Tamaño pistón

Fit (pulg)

1-1/16, 1-1/4

0.001

1-1/2

0.002

1-3/4, 2

0.003

2-1/4, 2-1/2

0.004

2-3/4, 3-3/4

0.005

4-3/4,5-3/4

0.007

• La selección final dependerá de la gravedad API, presencia de arena, inyección de

vapor, corte de agua etc •Diámetros > 1-1/2 se tiene : %Agua = 50% utilice fit mostrado en la tabla 50%< % Agua <85% sume 0.001 pulg al fit 85%< % Agua <100% sume 0.002 pulg al fit • Se debe sumar 0.001pulg por cada pies de longitud adicional del pistón (hasta

4pulg)

Inflow@fondo

2500

Inflow@bomba Pip outflow

ANALISIS NODAL

Pwfoutflow

2000

1500 P

1000

Desempeño Bomba 500

800 700

0

600

0

o c i r 500 t e m400 u l o v 300 Q

100

200

300

400

Q FIT 0.005 cabilla 1 1/8

500

600

700

800

900

Q

Q FIT 0.001 cabilla 1 1/8

2500

200

Inflow@fondo Inflow@bomba

100

Pip outflow Pwfoutflow

2000

0 0

500

1000

1500

2000 1500

DP bomba P

1000

Para este caso: El cambio del fit afecta la producción

500

0 0

100

200

300

400

500

Q

600

700

800

900

Metodología de Diseño de la sarta de cabilla

Metodología de Diseño de la sarta de cabilla

8/8

Esfuerzos iguales

•Los esfuerzos máximos de cada tramo cabilla están en el tope de la sección.

7/8

Not Correct!!

6/8

•Las longitudes se seleccionan de manera tal que los esfuerzos máximos sean iguales en todos los tramos.

Sarta de Cabilla API 8/8

API 86 Bomba 1.5” Diseño sugerido - 26.8%, 27%, 46.2%

Grado API Esfuerzos iguales

7/8

C - 90,000 psi min. tensile K - 90,000 psi min. tensile

Not Correct!!

D - 115,000 psi min. tensile 6/8

Cabillas de alta Tensión 140,000 psi min. tensile

Construcción del diagrama de Goodman Modificado Sa = (T/4+ .5625(Smin))(SF)

ΔSa= Sa – Smin Sa= máximo esfuerzo permisible, psi Sa = rango de esfuerzos permisible 0.5625 = Pendiente de la curva Sa SF = Factor Servicio T = Minima resistencia tensile, psi

Diferencia los esfuerzos permitidos considerando fatiga ante fluctuaciones de esfuerzos

( S max ,actual − S min ) %C arg a = ( S max ,allowable − S min ) donde : S = esfuerzo, psi S max ,actual del diagrama Goodman

Construcción del diagrama de Goodman Modificado T Sa = (T/4+ .5625(Smin))(SF)

ΔSa= Sa – Smin Sa= esfuerzo máximo permisible, psi Sa = rango de esfuerzos permisible .5625 = Pendiente de la curva Sa SF = Factor Servicio T = Minima resistencia tensile, psi

Sy T/2 Sa

T/4 Sm

e s s r t x. S a M x = a S m

s s e r S t e l a b w l l o A = a S s s e t r S . i n M = S m

T/1.75

T

Diagrama de Goodman Modificado para Cabilla Grado “D”, T = 115,000 psi 70000

Carga en la Cabilla = 29768 - 15141 37267 - 15141 = 66%

60000

50000

40000

Sa =(T/4+.5625(Smin))(SF) = 37267 psi 30000

20000

Smin = 15141 psi 10000

Pk Stress = 29768 psi

0 0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

Diagrama de Goodman Modificado para cabilla Grado “D”, T = 115,000 psi & SF = .8 70000

Carga de la Cabilla = 29768 - 15141 60000

.0 1 = F S s, s t r e s . 8 l e b = a S F , o w l s l A e s r t e s l b a o w l l A

29814 -15141 50000

= 99.7% 40000

30000

Sa =(T/4+.5625(Smin))(.8) = 29814 psi 20000

Smin = 15141 psi 10000

Pk Stress = 29768 psi

0 0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

Diseño de sistemas de BM “sarta de cabilla” MYACERO= 3x107 psi

x F = M Y A L E r =

=

1

F =

L

M Y A x L M Y A =

M Y A

( M Y A)

Ley de Hooke Para materiales

x =

1 E r L

1

L

E r

MY

x x

Ley de Hooke para resortes

F = Kx

K =

1

M Y A

=

L

F

=

L

K M Y A

1 E r L

= E r L

K x F

Diseño de sistemas de BM “Sarta de cabilla”

σz =Myez

Relación de Poisson

ν = -er / ez

Vacero = 0.292

Δr r

L MY

= −ν e z

Δr = −ν

x

r max Δσ z M Y

F

Diseño de sistemas de BM “sarta de cabillas” Resortes en serie

F 1 K 1

= x1

F 2

K 1

+

F 2 K 2

1 K 1

+

Kequiv

x1

= x1 + ( x2 − x1 )

F 1 = F 2

F (

K1

= x2 − x1

K 2 F 1

Sarta Cabillas telescopica (en serie)

K2 x2

= F

xequiv

x2

= xequiv

F

1 K 2

F

) = x

K equiv

1 K 1

+

1 K 2

=

1 K equiv

F

= x

Diseño de sistemas de BM “Sarta de cabilla” Diseño Diseñ o de Cabillas Cabillas telescop telescopica ica (en serie) serie) K1

1 K 1

+

1 K 2

L1 E 1 + L2 E 2 K2

L1 LTOTAL

E 1 +

=

1 K equiv

= LTOTAL E equiv L2

LTOTAL

E 2 = E equiv

λ 1 E 1 + λ 2 E 2 = E equiv K equiv=

1 E equiv LTOTAL

=

1 (λ 1 E 1 + λ 2 E 2 ) LTOTAL

AnálisisRevisión de sistemas deAPI BM método TABLAS TABL AS API PARA PARA CALCU CAL CULO LO Nº de Peso de Constant Factor Cabilla Diámetr las e Er de notacio o del Cabillas (pulg/lbpi Frecue n API Pistón (lb/pie) e) ncia

Nº

D

Wr

Er

Fc

44 54 54 54 54 54 54 54 55 64 64 64 64 65 65 65 65 65 65 65 65 65 66

To dos 1.06 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 To dos 1.06 1.25 1.50 1.75 1.06 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.25 To dos

0.726 0.908 0.929 0.957 0.990 1.027 1.067 1.108 1.135 1.164 1.211 1.275 1.341 1.307 1.321 1.343 1.369 1.394 1.426 1.460 1.497 1.574 1.634

1.99 0E -06 1.66 8E -06 1.63 3E -06 1.58 4E -06 1.52 5E -06 1.46 0E -06 1.39 1E -06 1.31 8E -06 1.27 0E -06 1.38 2E -06 1.31 9E -06 1.23 2E -06 1.14 1E -06 1.38 0E -06 1.12 7E -06 1.11 0E -06 1.09 0E -06 1.07 0E -06 1.04 5E -06 1.01 8E -06 9.90 0E -07 9.30 0E -06 8.83 0E -07

1.00 0 1 .1 3 8 1 .1 4 0 1 .1 3 7 1 .1 2 2 1 .0 9 5 1 .0 6 1 1 .0 2 3 1.00 0 1.22 9 1.21 5 1.18 4 1.14 5 1.09 8 1.10 4 1.11 0 1.11 4 1.11 4 1.11 0 1.09 9 1.08 2 1.03 7 1.00 0

Diámetro nominal de la Tuberia

Diametro Externo

1.900 2.375 2.875 3.500 4.000 4.500

1.900 2.375 2.875 3.500 4.000 4.500

LONGITUDESY PROPIEDADES DE SARTAS DE CABILL AS TELESCOPICAS TELESCOPICAS

Valores

Sarta de Cabillas % (cada tamaño)

1 1 /4 1 2 /8

1 1 /8 1 1 1 /8 1

7 /8 7 /8

3 /4 6 /8

3 3.3 3 7.2 4 2.3 4 7.4 3 4.4 3 7.3 4 1.8 4 6.9 5 2.0 5 8.4 6 5.2 7 2.5 8 8.1 100 .0

Diametro I nt nterno

Area transv pared pulg 2

Constante de elasticidad (Et= (Et=pu pulg lg/l /lbs bs-p -pie ie))

1.610 1.995 2.441 2.992 3.476 3.958

0.799 1.304 1.812 2.590 3.077 3.600

5.00E-07 3.07E-07 2.21E-07 1.54E-07 1.30E-07 1.11E-07

5 /8 5 /8 4 4 .6 4 9 .5 5 6 .4 6 4 .6 7 3 .7 8 3 .4 9 3 .5 100.0 33.1 35.9 40.4 45.2 65.6 62.7 58.2 53.1 48.0 41.6 34.8 27.5 11.9

1 /2 4 /8 1 0 0 .0 5 5 .4 5 0 .5 4 3 .6 3 5 .4 2 6 .3 1 6 .6 6.5 33.5 26.9 17.3 7.4

Valores “predeterminados” de diseño de sarta de cabillas. Propiedades elásticas de tuberías y cabillas Ejemplo cabilla telescopica “54” quiere quiere decir decir tramos tramos de de 5/8 y 4/8. Con Bomba de 1.5”.

Calcu alcula lado do

Diámetro de la cabilla

peso

5.00E-07 3.07E-07 2.21E-07 1.54E-07 1.30E-07 1.11E-07

0.500 0.625 0.750 0.875 1.000 1.125

0.720 1.130 1.630 2.220 2.900 3.670

Constante de area transv pulg elasticidad 2 (Et= (Et=pu pulg lg/l /lbs bs-p -pie ie))

0.196 0.307 0.442 0.601 0.785 0.994

1.990E-06 1.270E-06 8.830E-07 6.490E-07 4.970E-07 3.930E-07

Calc Calcul ulad ado o

2.004E-06 1.282E-06 8.906E-07 6.543E-07 5.009E-07 3.958E-07

• Cabilla nuevo material (Fibra Vidrio) • Nuevos Diámetros (menores o mayores) • Pistones nuevos diámetros

Sumergenciass diferentes diferentes a 12.5% 12.5% de la profundidad profundidad de la bomba bomba • Sumergencia • Fricciones considerables

% cabillas ? Er ? Wr? FRECcorreccion?

Modelo desarrollado

Dis ise eño de dell por porce centaje ntaje de cabill cabilla as a uti li liz zar según los l os esfuerzos

Fb

Para sartas de dos secciones Wb

Fa

Fa= Fp+Ma*La +Fra = Fp+αa*L*ρa* (1+βafric)

(1)

Fb= Fa+Mb*Lb +Frb = Fa+αb*L*ρb*(1+βbfric)

(2)

Imponiendo condición de diseño de igual esfuerzo máximo en ambas secciones ( Fa/Aa = Fb/Ab )

Wa

(3)

La relación de clausura

αa+ αb=1 Donde Fp= Ap*(PDP-PIP) Se puede calcular Fp

(4)

Modelo desarrollado

Rescribiendo las ecuaciones Fb

Para sartas de dos secciones Wb

- αa*ρa*L* (1+βafric)

Fa

- αb*ρb*L* (1+βbfric)

Fb - Fa

= Fp = 0

Fa

Fa – Fb Aa/Ab

=0

Wa

αa

Fp

+

αb

=1

Modelo desarrollado

Método Utilizado para determinar el porcentaje de cabillas a utilizar según los esfuerzos En forma matricial nos queda: 1

0

-ρa*L*(1+βaf)

0

0 1 0

-1 -Aa/Ab 0

1 0 1

- ρ b*L*(1+βaf) 0 1

Fp

Fa X

Fb

=

0

αa

0

αb

1

Modelo desarrollado

La generalización es sencilla para 4 tramos Diagrama de cuerpo libre en cada tramo

1

0

0

0

-ρa*L*(1+βaf)

0

0

0

Fa

Fp

-1

1

0

0

0

-ρb*L*(1+βaf)

0

0

Fb

0

0

-1

1

0

0

0

-ρc*L*(1+βaf)

0

Fc

0 1 0 0 0

0 -Aa/Ab 1 0 0

-1 0 -Ab/Ac 1 0

1 0 0 -Ac/Ad 0

0 0 0 0 1

0 0 0 0 1

0 0 0 0 1

-ρd*L*(1+βaf) 0 0 0 1

Condición igual Esfuerzo Máximo en cabillas

X

Fd la lb lc ld

Sumatoria de las fracciones igual al 100%

=

0 0 0 0 0 1

AnálisisModelo de sistemas de BM desarrollado Calculo FRECcorreccion de la Frecuencia Natural de oscilación de una cabilla telescopica = A1 cos( K 1 x ) + B1 sen ( K 1 x ) f 2 ( x ) = A 2 cos( K 2 ( x − L1 )) + B 2 sen ( K 2 ( x − L1 )) f 3 ( x ) = A3 cos( K 3 ( x − L1 − L 2 )) + B 3 sen ( K 3 ( x − L1 − L 2 )) f 4 ( x ) = A 4 cos( K 4 ( x − L1 − L 2 − L 3 )) + B 4 sen ( K 4 ( x − L1 − L 2 − L 3 )) f 1 ( x ) L1

L2

f 1 ( 0 )

∂ f 4 ∂ x

Condición de Borde Fijo en superficie

=0

L1 + L 2 + L 3 + L 4

=0

Condición Borde Libre en fondo

= f 2 ( L1 ) f 2 ( L1 + L 2 ) = f 3 ( L1 + L 2 ) f 3 ( L1 + L2 + L3 ) = f 4 ( L1 + L 2 + L3 ) f 1 ( L1 )

L3

L4

Condición de continuidad

∂ f 1 ∂ f ( L1 ) = 2 ( L1 ) ∂ x ∂ x ∂ f 2 ∂ f ( L1 + L2 ) = 3 ( L1 + L2 ) ∂ x ∂ x ∂ f 3 ∂ f ( L1 + L2 + L3 ) = 4 ( L1 + L2 + L3 ) ∂ x ∂ x Condición de continuidad de la derivada

Análisis de sistemas de BM Modelo desarrollado Calculo Frecuencia Natural de oscilación de la cabilla Sistema tiene Solución diferente de trivial (A1=B1=A2=…=0) Si determinante de la matriz es igual a cero 1

0

0

0

0

0

0

0

A1

0

0

0

0

0

0

0

-K4sen(K4L4)

K4cos(K4L4)

B1

0

cos(K1L1)

sen(K1L1)

-K1sen(K1L1) K1cos(K1L1) 0

0

-1

0

0

0

0

0

0

K2

0

0

0

0

cos(K2L2)

sen(K2L2)

-1

0

0

0

0

K3

0

cos(K3L3)

sen(K3L3)

-K2sen(K2L2) K2cos(K2L2)

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

-K3sen(K3L3) K3cos(K3L3)

x

x

A2 B2 A3

K 1 L1

=

K 2

π L1 F C

2 L

= A2

K 2 L2

K 3

=

π L2 F C

2 L

= A3 K 3 L3

0 0

0

0

-1

0

A4

0

0

K4

B4

0

K 4

=

0

B3

f o'

= f o F C K 1 = A1

= =

= A4

π L3 F C

2 L

K 4 L4

=

π L4 F C

2 L

Método de Analisis con la Ecuación de onda consideraciones Con el fin de no depender de extrapolaciones de simulaciones analogicas* y variables adimensionales, asi como de condiciones muy diferentes a las asumidas por la API11L (altas viscosidades, nuevos materiales, nuevas dimensiones o diseños en los equipos, etc) se requiere simular rigurosamente la dinámica de la cabilla, balancin, bomba, etc. Esta flexibilidad solo se logra resolviendo la dinámica a través de la ecuación de onda.

Diseño de sistemas de BM Ecuación de onda La ecuación de onda describe la dinámica de la sarta sometida a las condiciones impuestas por el balancin y el pistón. La expresión más general incluye fricción y término independiente 2 u ( z , t ) ∂ 2 u ( z , t ) ∂ ∂ u ( z , t ) 2 = V acero −c + 2 2 ∂ t ∂ z ∂ t

g

u ( z , t ) : deformación de la cabilla en la posicion z V acero : Velocidad de propagación del sonido en el acero

s

: deformación a la profundidad z

c

: Coeficiente de amortiguación/fricción

g

: Término independiente Componente de aceleración de gravedad

Diseño de sistemas de BM Utilidad de la Ecuación de onda 1) Dada la carta en superficie determina la carta dinagrafica de fondo, herramienta de gran importancia para diagnosticar el desempeño de la bomba.” Echometer ”

2) Para generar cartas dinagraficas de superficie esperadas por simulacion a partir de la carta de fondo.”Qrod”

Diseño de sistemas de BM Utilidad de la Ecuación de onda 3) Los resultados no dependen del método API, es lo mas general que se puede hacer. • Se ha incrementado su uso por los avances en la velocidad, memoria y capacidad de cálculo de las computadoras. • Sólo evalua resultados (pozo virtual) pero no realiza diseño alguno, ni tiene criterios (fuerzas de referencia, etc).

La ecuación de onda es un tópico avanzado de estudio e investigación que requiere experticia en programación y métodos numericos.

Método de Diagnostico Cartas Dinagráficas y Registros acusticos Complemetario a los métodos de análisis se tienen herramientas para monitoreo y medición en campo. Determinación de nivel (estático o dinámico) a través de registros acústicos (todos los métodos de bombeo) para pozos sin empacadura de fondo. Cartas dinagráficas y pruebas de fuga de válvulas (sólo para Bombeo Mecánico).

DIAGNÓSTICO Y ANALISIS DEL SISTEMA DE BM

ECHOMETER

ECHOMETER La herramienta Echometer proporciona todos los datos necesarios para analizar el comportamiento de un pozo de petróleo. Mediante el uso de una combinación de hardware y software coordinado desde una computadora portátil.

Funciones • Determinar el nivel de líquido (Sumergencia de la bomba). • Restauración de presión (producción de gas en el anular). • Test dinagráfico (carta dinagráfica, pruebas de válvulas). • Test de potencia (torque caja, balanceo de la unidad, consumo eléctrico).

COMPONENTES DEL ECHOMETER

Analizador

Pistola

Sensores de presión

Celdas de Carga

Pinzas Amperimétricas

COMPONENTES DEL ECHOMETER Analizador El Analizador es una unidad electrónica compacta cuyas funciones principales son convertir las señales analógicas de los sensores en señales digitales y proporcionar la comunicación necesaria con una computadora (portátil) para el procesamiento de los datos.

Pistola Genera un pulso acústico. Los “ecos” de este pulso son detectados por el micrófono instalado en su interior y enviados al analizador. En ella se instala el sensor de presión. El pulso acústico se puede generar en modo explosión o en modo implosión. Pistola automática

Pistola manual

Sensor de Presión Mide la presión en el anular. Disponible en amplio rango de presión y su resolución es de 0.1 psi para un rango de 1500psi

COMPONENTES DEL ECHOMETER Celda de Carga

Tipo Herradura

Es un transductor muy exacto diseñado para medir valores de carga muy precisos. Se utilizan para medir la carga en la barra pulida y su posición. La tipo ajustable es útil para realizar mediciones rápidas y fáciles. Infiere la carga a través de mediciones de las variaciones de diámetro de la barra pulida.

Δr = ν

r max Δσ z M Y

Ajustable

Pinzas Amperimétricas y voltímetro Mide el voltaje y la corriente, permitiendo calcular la potencia consumida por el motor en cada ciclo.

REGISTRO DE CORRIENTE Y VOLTAJE Instalación de las pinzas Amperimétricas Las pinzas amperimétricas incluyen tres cables que deben conectarse a los terminales de la fase correspondientes. Cada uno tiene una etiqueta con la posición correspondiente: IZQUIERDA, CENTRO y DERECHO. Las Conexiones deben hacerse al terminal apropiado y en el interruptor de potencia principal.

REGISTRO DE CORRIENTE Y VOLTAJE El usuario siguiente:

debe

determinar

lo

• La amplitud debe similar en ambos ciclos. • Las crestas negativas deben tener las amplitudes similares en ambos ciclos. • El valor mínimo de corriente debe coincidir con el cero del voltaje.

• Determinar si está balanceada la unidad de bombeo • Optimizar la demanda eléctrica • Identificar problemas de cargas excesivas.

• Determinar la eficiencia de la unidad de bombeo desde el punto de vista de energía y de carga mecánica • El costo de energía por mes que asume un funcionamiento continuo (24 horas por día y 30 días por mes) • El costo de operación también es calculado

MEDICIÓN DE NIVEL

REGISTRO DE NIVEL DE FLUIDO ¿Como se mide el nivel de fluido con Echometer? CONECTOR DE MICRÓFONO

•

•

•

Se genera un pulso con nitrógeno o CO2 a través del espacio anular del pozo (o en la tubería de producción). Las reflexiones del sonido chocan con el nivel y las juntas de la tubería y regresan a la superficie. La señal es detectada por el micrófono y traducida a señal electrónica e interpretada por el analizador y enviada al computador en forma digital.

VALVULA REVESTIDOR

MICRÓFONO

PISTOLA SENSOR DE PRESION TUBERÍA DE PRODUCCIÓN

NITRÓGENO / CO2 ECHOMETER

NIVEL DE FLUIDO ANALIZADOR REVESTIDOR PERFORACIONES LAPTOP

REGISTRO DE NIVEL DE FLUIDO

REGISTRO DE NIVEL DE FLUIDO

Utilizando la señal acústica y de presión del espacio anular, el analizador determina la profundidad del limite entre la fase gaseosa y la líquida. Se determina la cantidad de gas producida por el anular y el gas presente en la columna de fluido utilizando el cambio de presión en el anular vs. El tiempo (dp/dt), durante el período que las válvulas del casing estén cerradas. rmina

REGISTRO DE NIVEL DE FLUIDO Análisis de la señal acústica

Identificación y cuenta de cuellos

Identificación del nivel de fluido

REGISTRO DE NIVEL DE FLUIDO Hoja Resumen

REGISTRO DE CARTA DINAGRAFICA

REGISTRO DE CARTA DINAGRAFICA Instalación de la Celda de Carga



Fo=Ap(2000-500)

Fo=Ap(2000-2000)

2000 psi

Fo=Ap(2000-500)

Fo=Ap(2000-700) Fo=Ap(2000-2000)

2000 psi

2000 psi

2000 psi

2000 psi

500 psi

700 psi

2000 psi

S Δ

500 psi

2000 psi

T Δ

500 psi

500 psi

Tuberia Anclada

500 psi

500 psi

Tuberia Sin anclar

500 psi

REGISTRO DE CARTA DINAGRAFICA Adquiriendo la señal (Cont.)

Aceleración

Velocidad

Corriente del motor

Posición

REGISTRO DE CARTA DINAGRAFICA Análisis de carta dinagráfica

En la la etique etiqueta ta “Over “Overlay lay”” del menu menu se muest muestra ra la cart carta a dinagr dinagráfi áfica. ca. Se muestra uno o varios ciclos de bombeo.



Prueba de Válvula Viajera

ASCENSO

Fo=Ap(2000-500)

Fo=Ap(2000-700)

Fo=Ap(2000-1000) Fo=Ap(2000-2000)

2000 psi

2000 psi

2000 psi

2000 psi

500 psi

700 psi

1000 psi

2000 psi

500 psi

500 psi

500 psi

500 psi

Prueba Valvula Viajera 2500 2000

) s b l ( 1500 a g r 1000 a C

Valvula Fuga excesiva Valvula Fuga aceptable

500 0 0

5

10

t

15

20

25

Prueba de Válvula FIJA

DESCENSO

Fo=Ap(2000-2000) Fo=Ap(2000-1800)

2000 psi

2000 psi

2000 psi

500 psi

Fo=Ap(2000-700)

Fo=Ap(2000-500)

2000 psi

2000 psi

1800 psi

700 psi

500 psi

500 psi

500 psi

500 psi

Prueba Valvula FIJA 2500 2000 ) s b 1500 l ( a g r 1000 a C

Valvula Fuga excesiva Valvula Fuga aceptable

500 0 0

5

10

t

15

20

25

REGISTRO DE CARTA DINAGRAFICA Prueba de Válvula Con la celda de carga instalada en la barra pulida y deteniendo la unidad de bombeo a 3/4 en la carrera ascendente para la válvula viajera y a 3/4 carrera descendente para la válvula fija.

Válvula viajera

Válvula Fija

REGISTRO DE CARTA DINAGRAFICA Prueba de Válvula Escurrimiento de la bomba: La línea doble (TV) indica la carga moderada después cinco segundos Una disminución en la carga es una indicación que el ecurrimiento está teniendo lugar. El % de disminución de la carga (lbs/sec) se convierte a un % de escurrimiento de bomba equivalente y se despliega al fondo de la pantalla refiriendose a Bbls/d.

REGISTRO DE CARTA DINAGRÁFICA

Carta dinagráfica

Carta dinagráfica

Carta dinagráfica

Carta dinagráfica

Carta dinagráfica

Problemas típicos del sistema de bombeo mecánico

Principales Fallas del sistema

FALLAS EN SUPERFICIE • Derrame en el cabezal debido a fuga en el prensaestopa • Ruido en la caja de engranaje • Fallas en el sistema eléctrico • motor quemado • Correas en mal estado • Golpe Elevador (“seno” , “Flotacion de cabillas”)* • Barra púlida rayada, doblada, etc

CAUSAS DE FALLAS EN LAS CABILLAS •Pandeo o “Buckling de la tubería. •Corrosión •Fallas por tensión debido a sobrecarga •Golpe de elevador o “Seno” o “Flotacion de cabillas” * •Desprendimiento o ruptura

DESGASTE DE CABILLA USANDO A ROD ROTATOR

Corrosion - Fatigue Very Small Pit in Wear Tract

• 99% de las fallas son por corrosion-fatigas and not “classic”

metal fatigue.

GOLPE EN EL ELEVADOR LA CABILLA NO FLOTA

F

F FR F R

ρacero =7.85 ρagua

La Cabilla desciende mas lento que el elevador del balancin Vcabillaencrudo < Velevador FR FR W

W

Principales Fallas del sistema CAUSAS DE FALLAS EN LA BOMBA • Válvulas dañadas / fugas • Golpe de fluido * Bombeo en vacio “Pump off” Intake restringida • Bloqueo por gas * • Bloqueo por solidos

BLOQUEO POR GAS

Problemas comunes con el sistema BM • Fallas asociados al golpe de fluido • Equipo de superficie: Fallas por fatiga en la estructura de la unidad de bombeo, en los dientes de los engranajes y rodamientos •Equipos de subsuelo: Falla por fatiga en la sarta de cabilla, daños en la válvula viajera y en su jaula, desgaste de las roscas de la tubería de producción causando fugas •Fallas asociados a la presencia de arena y escala •Fugas en las válvulas de las bombas debido a la erosión •Bloqueo o taponamiento de las perforaciones y válvulas de la bomba

Problemas comunes con el sistema BM • Fallas

y efectos asociados al pandeo “Buckling” de la tubería • Desgaste y fallas de la sarta de cabillas y tubería • Aumento de las cargas debido al incremento en las fuerzas de fricción cabilla – tubería • Incremento del torque y potencia requerida en superficie

• Fallas y efectos asociados a la presencia del gas • bloqueo de la bomba • baja eficiencia de bombeo • fallas en la bomba y sarta de cabillas

Problemas comunes con el sistema BM • Fallas asociadas a la producción de con

crudo viscoso • Golpe de elevador o “seno” • Fallas en la sarta de cabilla • Baja eficiencia de la bomba de subsuelo • Velocidad de bombeo limitada • Grandes esfuerzos en la sarta de cabilla y en la unidad de Bombeo • Dificultad para el arraque de pozos “unidades de bombeo”

Soluciones para mitigar problemas en el sistema de Bombeo Mecánico

Soluciones a Problemas típicos del sistema • Daños asociados al golpe de fluido • Diseñar el sistema a 80% de eficiencia • Ajustar la velocidad de la bomba mediante el ajuste de las poleas en superficie • Usar controladores de bombeo en vacío “pump off” •Daños asociados a la presencia de arena y escala •Plan de inyección de químicos • Utilizar bombas de barrril viajero • Daños y efectos asociados al pandeo “Buckling” de la

tubería

• Utilizar

ancla de tubería, preferiblemente de Tensión

Soluciones a Problemas típicos con el sistema •Daños y efectos asociados a la presencia presencia del

gas • Instalar anglas de gas • Verificar la relación de compresión de la bomba •Fallas asociadas a la producción de con crudo viscoso • Utilizar Prensaestopa de Subsuelo • Injección de diluente continua

Materiales especiales para bolas y asiento • Acero inoxidable o de aleación puede ser usado en

ambientes donde la corrosión y abrasión son bajas •Silicon Nitride y cerámicos son recomendados en

ambientes corrosivos

Soluciones a Problemas típicos con el sistema

Swept Volume

Spacing Dead space


Relación de Compresión 1) Algunas jaulas tienen más espacio muerto que otras. Esta información es suministrada por el proveedor. 2) Para mejores resultados, bajar la bomba 1pulgada en condiciones dinámicas en un tiempo hasta un ligero golpe en fondo occura y lego levantar la bomba 1” o menos.


Tipo de controladores de bombeo en vacío POC •Controladores de nivel de fluido • Detectores de flujo • Sensor de vibración • Corriente del motor • Monitoreo de las cargas de las cabillas • Mediciones de la velocidad del motor

Beneficios de los controladores de bombeo en vacío POC •Reducción en el consumo de energia

(20-30%)

•Reducción en los costos de intervención (25-

30%) • Incremento de producción (1-4%)

Automatización de la Unidad de Bombeo Convencional

Prácticas recomendadas para el diseño y operación de sistemas de Bombeo Mecánico

Optimización del sistema Reducir la carga en la caja de engranaje Disminuir la longitud de carrera  Disminuir el tamaño del pistón  Reducir el peso de la sarta de cabilla  Disminuir la velocidad de bombeo 

Reducir la carga en la sarta de cabilla 

 

Usar un diseño de sarta “ balanceado”. (igual distribución de esfuerzos durante las carreras del ciclo de bombeo). Disminuir el tamaño del pistón Disminuir la velocidad de bombeo

Optimización del sistema

Reducir el consumo de energía Incrementar el tamaño del pistón de la bomba  Seleccionar carreras largas  Seleccionar la velocidad de bombeo más baja permisible  Usar el tamaño óptimo del motor “ evite sobre diseños”. 

Maximizar producción Incrementar el tamaño del pistón de la bomba  Incrementar la velocidad de bombeo  Incrementar la longitud de carrera  Usar mayor tamaños de tubería  Usar anclas de gas, si hay problemas de interferencia por gas. 

El tope de la VV mantiene aislada la presión de tubería durante la carrera descendente. Esto permite a la VV inferior abrir para permitir el paso de los fluidos a la cámara de compresión superior. El volumen de la cámara es comprimido durante la carrera ascendente lo que permite abrir la VV superior y descargar a la tubería de producción.

BOMBA VR-S

Gas Breaker

Descripción del equipo BOMBA VR-S 

Sustitución de la válvula viajera de

bola y asiento actuada por presión, por

una

válvula

de

actuación

mecánica. 

Sustitución del vástago de tiro con

características hidrodinámicas mejoradas. 

Sustitución

émbolo.

del

conector

cabilla

Funcionamiento del sistema Carrera descendente

Carrera ascendente

a) Descarga: Transferencia del fluido de formacion desde la cámara de la bomba hacía la tubería de producción.

b) Succión: Admisión del fluido de formación a la cámara de la bomba.

a

b

Componentes de la bomba Vastago de Tiro

Conjunto Tapón asiento constituye la válvula viajera Bomba VR- S

Pistón

Válvula Viajera

Barril

Válvula Fija

Bomba API estandar

Asiento: Construido en acero tenaz, para garantizar hermeticidad y mayor resistencia al impacto. Actua como un  Tapón: raspador o desviador de arena. 

Funcionamiento del sistema bomba API vs. VR-S

Petróleo

Gas

Carrera descendente

Carrera ascendente

Conector de la Bomba VR- S

Bomba API estándar

Conector de bombas API estándar

Bomba circulo A

Sarta de cabilla Válvula de arena

Pistón Válvula viajera

Válvula fija

Bomba Circulo A (con válvula anular o de arena) • La válvula anular situada en el tope de la cámara de descarga, permite aislar la descarga de la válvula viajera del eductor ("tubería"), de tal manera que en la carrera descendente, la presión de la recámara que forma la válvula anular con la válvula viajera, descienda rápidamente por debajo de la presión de la cámara de succión logrando la transferencia de fluidos entre las recámaras.

Prensaestopa de subsuelo 

Evitar el contacto de la sarta de cabilla y los crudos de alta viscosidad



Reducir la presión de descarga requerida para levantar el fluido a la

superficie 

Reducir las fuerzas de arrastre del fluido sobre las cabillas

Los elementos son compatibles con todos los modelos de bombas ut ilizados en Venezuela

Prensaestopa de subsuelo Tuerca de ajuste

Caja de Empaques

Anillo de friccion

Jaula

Anillo de Fricción

Tuerca de ajuste

Conector

Caja de Empaques

Arandelas Espaciadoras

Extensión de la Caja de Empaques

Instalación del PES en el pozo Bomba insertable “de cabilla” B

• Se sustituye la extensión del barril por: • Un conector

c

que se enrosca

al barril. • Una niple ranurado “Jaula” N • Una caja de empaques B que

N

tienen el elemento sellante.

Bomba de tubería C

Bomba API estándar

Conector para prensaestopa de subsuelo

• La zapata ranurada se instala con la tubería. • El conector no se conecta al barril • Los elementos C, N y B se conectan con la sarta de cabilla

Válvula de anillo • Evita el bloqueo por gas en la bomba • Proporciona el efecto de una bomba de doble etapa • Disminuye las cargas en la barra púlida

Bomba para la producción de crudo pesado • Permite la inyección de diluente a través de una sarta de cabillas huecas. •El diluente baja a través del pistón por medio de un tubo de inyección que conecta con la “cabeza KD” en el fondo del pistón y de allí al barril de la bomba donde se mezcla con el crudo

Bombeo mecánico no convencional para slim holes

• Pozo 27/8” • Tubería continua de 1pulg.

Bomba de revestidor: • La bomba es asentada en el revestidor • Tamaños del revestidor es de 2-3/8 ó 2-7/8 pulg. Bomba insertable: • Profundidad limitada • Bomba instalada en tuberías de 1pulg.

Bomba Revestidor

Bomba Insertable

Respaldo

Cabezales con revestidor a la atmósfera

Cabezal con inyección de diluente por el anular

Cabezal con inyección de diluente por la tuberia

Tuberías OD (pulg) 2 3/8

I.D. (pulg) 1.995

Área, (pulg2) 1.304

Peso, (lbs./pie) 4,70

2 7/8

2.441

1.812

6,50

3½

2.992

2.590

9,30

4½

3.958

3.601

12,75

Dimensiones Revestidor Peso lineal Longitud del ancla OD (pulg) (lbs/pie)

5 1/2 7 7 7 8 5/8 9 5/8 9 5/8

15,5-17 17-30 32-38 20-30 24-49 30-50 32-53

(plg) 18 5/8 18 5/8 18 7/8 20 3/8 21 3/4 22 1/2 22 1/2

ESPECIFICACIONES DEL MATERIAL DEL BARRIL DE LA BOMBA DE SUBSUELO

MATERIAL

TRATAMIENTO

DESCRIPCION Y RECOMENDACION DE SERVICIO

Ac er o de C arb ono

Regular

Diametro interior con una dureza de 77 HR B. Para ambiente de corrosion lige ra sin abrasion.


Carburizado y Endurecido NOTA: Este Barril e s superi or al endurecldo por induccion termica.

Termicamente tratados a 927°C (170 0°F) en un ambiente de carbon en una at mos-fera de metano (methane). El carbon se disuelve convirtiendoes en carburo de hierro el cual se adhere a la superficio interna del barril formando una capa con u na dureza de 52-62 HRC. El resto de la pared del barril tiene u na dureza de 23 HR C. Recomendado para ambiente lige rame nte corrosivo, de acuerdo con NACE MR-01-76, y d e abrasion se vera con m ucha arena. (Ver dibujos y descripcion completa en pagina siguie nte).


Cromado

Este barril esta revestido con cromo dura en su diametro interio r. Su dureza es de 70 HRC y esta reocmenda do para corrosion ligera y abrasion severa con alt o contenido d e a rena.

Bronze (Brass)

Revestido en N yeAx

Este es un barril de bronze (brass) revestido es su t otalidad con una capa de p articulas de carburo de silicio en un a matriz de n iq uel. El d ia metro interior tiene una dureza de 70-72 H RC. Recom endado para uso en a mbientes de corrosion severa y abrasion a lta con arena.

TIPOS DE TUBERIAS

BOMBEO MECANICO INTEVEP

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