Diseño de Bombeo Electrosumergible

MODULO: SISTEMA DE ELEVACION ARTIFICIAL | PRACTICO #1

PRACTICO #1 SISTEMA DE BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE Realizar los 10 pasos del Bombeo Electro sumergible (BES)

Solución

PASO Nº 1

 Datos

Básicos

DATOS DEL POZO

Tramo Baleado

(1750 – 1752) m

Cañería de producción

7”; 23 Lb/ft

Tubería Prof. Asentamiento Bomba

2 7/8”

5000 ft

DATOS DE PRODUCCION

Presión entrada bomba Presión estática de fondo (Pe) Presión burbuja (Pb) Presión separador (Psep) Presión cabeza (Pcab) Producción esperada (Qesp) Temperatura de fondo (Tf) Corte agua (Cw) Corte Petróleo (Co) Índice Productividad (IP) Relación gas-liquido (RGL) Caudal actual (Qact)

578 psi 3271 psi 1572 psi 120 psi 200 psi 4500 BFPD 158 ºF 15% 85% 3.477 bpd/psi 340 PC/Bbl 421 BFPD

DATOS DEL FONDO DEL POZO

Gravedad especifica del petróleo Viscosidad del petróleo Densidad del petróleo Gravedad especifica del petróleo Gravedad especifica del gas Gravedad especifica del agua

34 ºAPI 1.19 cp 47.78 lb/ft3 0.855 0.67 1.02

SUMINISTROS DE ENERGIA ELECTRICA

Voltaje del servicio disponible Frecuencia

5000 V. 60 hz


PASO Nº 2 



Capacidad de Producción del Pozo

Calculo de Pwf @ Actuales

 →  = −  = 2136 − 421 = 2042   = −  3.477 

Calculo de Pwf @ Esperadas Como Pwf = 2042 psi > Pb= 1572 psi entonces Formula de Darcy. o

 →  = −  = 2136 − 4500 = 869   = −   3.477 

Calculo de la Gravedad especifica de la mezcla (SGm)

 + ∗  = 0.855 ∗0.85+ 1.02 ∗ 0.15 = 0.880  = ∗ 100 100 

Calculo de Gradiente de la mezcla (Grad m)

 =  ∗0.433 = 0.880 ∗0.433 = 0.381  PASO Nº 3 



Corrección por Gas

Calculo del Volumen total de gas Calculo de RGP o

 =  = 0.34085 = 400   ∗ = 400∗4500 ∗0.85 = 1530    = ∗1000 1000 

Calculo de Volumen de Gas en solución o Calculo presión a la entrada a la bomba

 = 1750+1752 2 ∗3.281 = 5745   =  − − ∗ = 869− 5745− 5000 ∗0.381 = 585  o

Calculo la razón de solubilidad Rs

.∗ . .∗ .   1 0 585 10  = ∗ 18 ∗ 10.∗  = 0.67∗ 18 ∗ 10.∗  = 97 


∗ = 97 ∗4500 ∗0.85 = 371    =  ∗ 1000 1000 

Calculo del Volumen de Gas Libre

  =   −   = 1530 − 371 = 1159  

Calculo del Factor volumétrico del gas Calculo de Z o

 = 706−51.7 ∗0.67−11.1 ∗0.67 = 666.4  ==706 −51. 7 ∗ − 11. 1 ∗  187 +330 ∗ − 71.5 ∗  = 187 +330 ∗0.67−71.5 ∗0.67 = 376 º  =  = 3.246 ;  =  = 1.644 158 = 4.337   = 5.04 ∗  ∗  = 5.04∗ 0.83∗585 460+ + 14.7 

De grafica sacamos el valor de Z = 0.83



Calculo del Factor volumétrico del petróleo

. .   = 0.972+0.000174 ∗  ∗ +1.25 ∗ . . 0 . 6 7  = 0.972 +0.000174 ∗ 97∗ 0.855 + 1.25∗ 158 = 1.084   

Calculo del Volumen de petróleo

 =  ∗ ∗ = 45000 ∗0.85∗1.084 = 4146  

Calculo del Volumen de agua

 = ∗  = 4500 ∗0.15 = 675  

Calculo del Volumen total o

Calculo del Volumen de gas

 =   ∗  = 1159 ∗4.337 = 5027  =  +  +  = 4146 + 5027+ 675 = 9848 




Calculo del % Gas Libre

5027 = 0.51∗100 = 51% %  =  +  +  = 4146+ 5027 +675 %  = 51%

 Como el % Gas Libre es mayor al 10% es necesario el uso de un

separador de gas. 

Diseño del separador

Como utilizaremos una bomba CENTRILIF este ofrece dos tipos de separadores de gas. Uno es un separador de flujo inverso, que usa la flotación natural de los fluidos para la separación y puede manejar gas libre hasta el 10% del volumen. El otro es un separador rotativo que separa el gas libre utilizando la fuerza centrífuga con eficiencia típicamente superior al 90%.

  =  ∗ (1−   ) = 5027 ∗ 1−0.9 = 503  

Calculo del Volumen Total nuevo

  =  +   +  = 4146+ 503 +675 = 5324  Por lo tanto calculamos nuevamente el %Gas libre

503 = 0.094∗100 = 9.4%  %  =  +  = +  4146 +503+ 675 

Calculo del Volumen de gas en la bomba

  =   +    = 371 + 4.503337 = 487  

Calculo de la relación gas-petróleo @ entrada bomba

 ∗ 1000 = 487∗1000 = 127   = ∗ 4500∗ 0.85  

Calculo de la masa total del fluido producido (TMPF)

 = [ ∗  + ∗  ∗ 62.4∗ 5.6146] +  ∗  ∗ ∗0.0752  = [3825 ∗0.855 + 675∗1.02 ∗ 62.4∗ 5.6146] + 127 ∗ ∗ 0.67 ∗0.0752 =   = 1411529 




Calculo de la gravedad especifica compuesta

1411529 = 0.757  =   = ∗ 5.6146 ∗62.4 5324∗ 5.6146 ∗62.4 

Calculo de gradiente de la mezcla compuesta

 =  ∗ 0.433 = 0.757 ∗0.433 = 0.328 PASO Nº 4



Corrección por Viscosidad

En nuestro caso tenemos un petróleo de ºAPI > 25 por lo tanto no corresponde hacer la corrección por viscosidad.

PASO Nº 5



Calculo del TDH (Carga Dinamica Total)

 =  ++ ∆ 

Calculo del nivel de fluido dinámico (NFD)

 = 5000 − 585 = 3216   = −  0.328  

Calculo de la Presion en Cabeza (Pcab)

 = 200 = 610   =   0.328 

Calculo de la caída de presión en la tubería

 ∗ = 5000 ∗225 = 1125   = 1000 1000 Por lo tanto el TDH es:

 = 3216 +610 +1125 = 4951 


PASO Nº 6

513





Selección de la Bomba

GC-4100

4100

54

1.8

73

4500

Calculo del Nº Etapas (STG)

4951 = 155   =  =    32

32

1.9

65


PASO Nº 7 



Selección del Separador, Sello y Motor

Selección del Separador




Selección del Sello



Calculo de la potencia requerida del motor (HPm)

 ∗ ℎ∗  = 155∗1.9 ∗0.757 = 223   = º∗  

Calculo de HP sello

 = 3.1 




Calculo de Hp del separador. De tabla de especificaciones del motor tomamos el siguiete valor:

 = 3 

Calculo de la potencia total del motor (HPmt)

 =  +  +  = 223 +3+3.1 = 229.1 ≈ 230  PASO Nº 8 



Selección del Cable de Potencia

Calculo del voltaje perdido en el cable.

De catálogo sacamos los siguientes valores:

 == 941635. 


Luego de la siguiente grafica sacamos caída de voltaje en el cable y la corrección por temperatura.

Entre estos dos valores interpolamos para encontrar en valor de corrección por temperatura con la Tf = 158 ºF.

 = 1.197

Reemplazamos los valores encontrados en la siguiente formula:

∗  = 42∗ 1.197 ∗5000 = 251.4 .  = ∆ ∗ 1000 1000 

Calculo de la longitud de los componentes de la bomba

COMPONENTE

LONG (ft)

Bomba

29.9

Sello

9.9

Separador

6.6

Adicional

6

Total Long.

52.4




Calculo del Voltaje en superficie

 =  +  = 1635 + 251.4 = 1886.4 . 

Calculo del KVA perdido en el cable

∗√ 3 = 2 51.4 ∗94∗ √ 3 = 41   =  ∗1000 1000 

Calculo del KVA del motor

∗ ∗√ 3 = 1635 ∗94∗√ 3 = 266   =  1000 1000 PASO Nº 9 



Selección del Variador de Frecuencia

Calculo del % caída de voltaje en cable

 = 41 = 0.13∗ 100 = 13% %∆ =  +  266 +41 

Calculo del KVA total en superficie

 =  +  = 266+ 41 = 307  Seleccionamos el siguiente variador de frecuencia:


PASO Nº 10 



Selección de Accesorios

Calculo del Transformador secundario

 =  ∗ 1.2 = 350 ∗1.2 = 420  Seleccionamos un Transformador secundario de 450 KVA. 

Calculo de la Caja de Venteo

∗ . = 1920 ∗2 = 3.84  = 1000 1000 Seleccionamos una Caja de venteo de 4 KV.

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