SISTEMAS ARTIFICIALES DE PRODUCCION A continuación se tocara el tema de los principales sistemas artificiales de producción, de una forma escueta y sencilla ya que este tema es muy amplio y técnico. En el siguiente trabajo solo incluiré los 2 sistemas principales utilizados en México, Bombeo Neumático y Bombeo Mecánico. Los principales sistemas artificiales de producción son: • • • •
Bombeo Neumático Bombeo Mecánico Bombeo Electrocentrífugo Bombeo Hidráulico BOMBEO NEUMATICO
El bombeo neumático es un medio de levantamiento de fluidos desde el fondo del pozo hasta la superficie, el cual se hace por medio de inyección de gas a una presión relativamente alta (250 [psi] mínimo) a través del espacio anular. El gas pasa a la TP a través de válvulas conectadas en uno o más puntos de inyección. El bombeo neumático se lleva a cabo por uno de los métodos siguientes: • •
Bombeo continuo Bombeo intermitente
BOMBEO CONTINUO En este método se introduce un volumen continuo de gas a alta presión por el espacio anular a la TP para aerear o aligerar la columna de fluidos, hasta el punto en que la reducción de la presión de fondo permita una diferencial suficiente a través de la formación, causando que el pozo produzca el gasto deseado. Se produce aceite de manera continua. Para realizar esto, se utiliza una válvula en el punto de inyección más profundo con la presión disponible del gas de inyección, junto con la válvula reguladora en la superficie. Este método se utiliza en pozos con alto IP (índice de productividad mayor a 0.5 bpd/psi y presión de fondo fluyendo relativamente alta (columna hidrostática del orden de 50 % o más en relación a la profundidad del pozo). BOMBEO INTERMITENTE En este método se introduce un volumen intermitente de gas a alta presión sobre el espacio anular a la TP. Es el mismo procedimiento que el de bombeo continuo solo que la producción de aceite es intermitente.
Los 3 objetivos fundamentales de bombeo neumático son: 1. Aligerar la columna de fluido lo cual permite reducir la presión ejercida sobre la formación. 2. Disminuir la densidad de fluido. 3. Expansión del gas (por lo tanto el desplazamiento del fluido). EQUIPO DE BOMBEO NEUMATICO Superficial • • • •
Compresoras Medidores de gas Tuberías de inyección Válvulas y conexiones
Subsuperficial • • • •
Válvula de inyección Mandriles Empacadores Camisa de circulación
VALVULAS Las válvula de bombeo neumático están situadas en el equipo subsuperficial y van conectadas a la tubería de producción Una válvula de BN está compuesta de: • • • • •
Cuerpo de la válvula Elemento de carga (resorte, gas o una combinación de ambos) Elemento de respuesta a una presión ( fuelle de metal, pistón o diafragma de hule) Elemento de transmisión (diafragma de hule o vástago de metal) Elemento medidor (orificio o asiento)
TIPOS DE VALVULAS Convencionales.- Se fijan a la tubería de producción y para poder sacarla se tiene que sacar toda la tubería. Recuperable.- Se fijan a la tubería de producción y se recuperan con línea de acero sin necesidad de sacar la tubería.
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CLASIFICACION DE LAS VALVULAS BALANCEADA DESBALANCEADA Abre y cierra a la misma • Están limitadas a una presión. presión. Su presión de apertura Abren a una presión mayor y es la misma que la presión de cierran a una presión menor. cierre.
TIPO DE OPERARACION DE LAS VALVULAS Operadas por el gas de inyección.- Válvulas que requieren un incremento de presión en el espacio anular para abrir. Operadas por fluidos de la formación.- Insensibles a lo que pase en el espacio anular pero es sensible a la presión dentro de la tubería de producción. Abrirá cuando en la tubería de producción los fluidos ejerzan la suficiente presión.
Reguladora de presión.- Regula la presión que el sistema requiere. También es llamada válvula proporcional o de flujo continuo. Las condiciones imperantes son las mismas a las de la válvula de presión en la posición cerrada. Requiere un aumento de presión en el espacio anular para abrir y una reducción de presión en la TP o en la TR para cerrar. Combinada.- Operan en combinación de las anteriores. En cuanto a las válvulas operadas por presión del gas de inyección, existen dos conceptos importantes. 1. Presión de apertura de la válvula bajo condiciones de operación 2. Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación Presión de apertura de la válvula bajo condiciones de operación Dado que la válvula de presión es en su mayor parte sensible a la presión en el espacio anular, la presión de apertura se define entonces como la presión en la TR requerida para abrir la válvula actuando bajo condiciones de operación. Haciendo un balance de fuerzas cuando la válvula está en la posición cerrada, a unos instantes antes de tener su apertura, se obtiene la ecuación que define la presión en la TR requerida para abrir la válvula:
Pc =
Pd − Pt R 1− R
donde R =
Ap Ab
Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación La presión de cierre se define como la presión en la TR requerida para cerrar la válvula actuando bajo condiciones de operación. Haciendo un balance de fuerzas cuando la válvula está en la posición abierta a unos instantes antes de tener su cierre, la ecuación que define la presión en la TR requerida para cerrar la válvula de presión bajo condiciones de operación es: Pvc = Pd
INSTALACION DE BOMBEO NEUMATICO (BN) El tipo de instalación está condicionada por la decisión de hacer producir un pozo con bombeo neumático continuo o intermitente. Las válvulas están diseñadas de modo que funcionen como un orificio de apertura variable para el caso de BNC, dependiendo de la presión de la TP; o bien, pueden tener un asiento amplio y suministrar un volumen de gas rápidamente a la TP para desplazar el bache de líquido para el caso de BNI. Las características del pozo, el tipo de terminación, así como la posible producción de arena y la conificación de agua y/o gas son condiciones de vital importancia que influyen en el diseño de una instalación. CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES DE (BN)
Para determinar el tipo de instalación inicial a utilizar, se debe decidir en función del comportamiento futuro del pozo, incluyendo el decremento de la Pwf y del IP. Existen tres tipos de instalaciones de BN: • • •
Abierta Semicerrada Cerrada
INSTALACIÓN ABIERTA El aparejo de producción queda suspendido dentro del pozo sin empacador. El gas se inyecta en el espacio anular formado entre la TP y la TR y los fluidos contenidos en la TP son desplazados. Esto permite la comunicación entre la TP y la TR, de modo que esta instalación queda restringida a pozos con buenas características y que presenten un nivel alto de fluido que forme un sello o tapón. Normalmente esto puede involucrar exclusivamente a pozos que se exploten con BNC.
INSTALACIÓN SEMICERRADA Es similar a la instalación abierta excepto que se adiciona un empacador que sirve de aislante entre la TP y la TR. Este tipo de instalación puede utilizarse tanto para bombeo neumático continuo como para intermitente. Para el caso del último, el empacador aísla a la formación de la presión que se tenga en la TR. Sin embargo, esta instalación permite que la presión del gas en la TP actúe contra la formación.
INSTALACIÓN CERRADA Es similar a la instalación semicerrada excepto que se coloca una válvula de pie en la TP. Aunque la válvula de pie se coloca normalmente en el fondo del pozo, se puede colocar inmediatamente debajo de la válvula operante. La válvula de pie evita que la presión del gas de inyección actúe contra la formación.
ANALISIS DE PROBLEMAS DE BOMBEO NEUMATICO El éxito o fracaso de cualquier instalación de BN radica casi exclusivamente en el personal que la maneja. Aunque las válvulas de BN se han perfeccionado al grado de que son por lo menos parcialmente automáticas, las instalaciones requieren estrecha vigilancia
tanto en la etapa de descarga como durante el periodo de ajustes, hasta que la inyección del gas se haya regulado debidamente. BOMBEO MECANICO El bombeo mecánico es un medio de levantamiento de fluidos desde el fondo del pozo hasta la superficie, el cual se hace por medio de una sarta de varillas, la cual va conectada a un sistema superficial y uno subsuperficial. El sistema superficial convierte un movimiento semicircular a un moviendo vertical el cual es transmitido a la sarta de varillas y estas al barril, el cual se llena y con un movimiento vertical sube el aceite. EQUIPO DE BOMBEO MECANICO Superficial • • •
Motor (eléctrico o de combustión interna) Cabeza de martillo Aditamentos superficiales
Subsuperficial • • •
Sarta de varillas Bomba Otros aditamentos
EQUIPO SUPERFICIAL
EQUIPO SUBSUPERFICIAL
Herramientas de Optimización del bombeo mecánico •
Software de Diagnóstico – Detección de problemas – Estimación de costos operativos
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Software de Diseño – Mejoramiento de instalaciones existentes – Diseño de instalaciones nuevas
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Controladores de Pump-Off (apagado de bomba) (POC)
Software de Optimización •
RODSTAR (Predictivo) – Diseño de nuevas instalaciones de B.M – Mejoramiento de instalaciones existentes
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RODDIAG o XDIAG (Diagnóstico) – Análisis de instalaciones existentes
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CBALANCE (Balanceo) – Balancea unidades en un solo paso
Ventajas y Desventajas del Bombeo Mecánico •
Ventajas – – – – – – – –
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Fácil operación Fácil cambio de producción Fácil control del aporte Mejor eficiencia Fácil cambio de la unidad Puede usar motores de eléctricos o de combustión Amplia disponibilidad de software de Diseño y Análisis Puede ser controlado a control remoto
Desventajas – – – – – –
Problemas con arena Problemas con gas libre Producción es limitada por la profundidad Aplicación es limitada en pozos Costa Afuera Problemas en pozos desviados Puede resultar inconveniente en áreas urbanas
CONCLUSION Es de gran importancia para el Ing. Petrolero saber lo relacionado con las reparaciones del pozo, como puede ser una estimulación, ya que estos conocimientos ayudaran a optimizar la producción de un pozo y por lo tanto se puede llegar a optimizar todo un yacimiento, esto con el fin de aumentar la vida productiva de este, hasta el grado en que se tenga que utilizar un sistema artificial de producción, por el motivo de que el pozo ya no cuenta con la presión necesaria para fluir por si mismo. Por eso se puede concluir que, la importancia de los conocimientos sobre la materia son de gran utilidad en la aplicación de la ingeniería en nuestro país, ya que la actividad petrolera es en gran parte un pilar que se tiene que seguir sosteniendo por las personas que se dedican a la actividad petrolera.
