3.9 Sistemas Artificiales

8/12/2019 3.9 Sistemas Artificiales

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SISTEMAS ARTIFICIALES DE PRODUCCIN

EXPLORACIN Y PRODUCCIN

SISTEMAS ARTIFICIALES DE PRODUCCINSISTEMAS ARTIFICIALES DE PRODUCCIN

Ing. Antonio Enrique Acevedo Franco

04 de Julio de 2006

Ing. Antonio Enrique Acevedo Franco

04 de Julio de 2006


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2SISTEMAS ARTIFICIALES DE PRODUCCIN



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Durante la vida productiva del pozo puede haber mas de un

Sistema Artificial de Produccin.

Los sistemas artificiales mas comunes son:

Bombeo mecnico

Bombeo neumtico

Bombeo electro centrifugo Bombeo hidrulico

Bombeo tipo JET

Bombeo por Cavidades progresivas

Bombeo de embolo viajero Otros


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Alto IP alta Pws No requiere

Alto IP Bajo Pws Puede requerir SAP

Bajo IP Alta Pws Puede ser fluyente

O mejorar IP mediante fractura o sistemas artificiales

Bajo IP baja Pws

Ultima etapa de explotacin

Bombeo intermitente o Bombeo mecnico

Alto IP > 50 BLS/DIA /PSI

Para B.N. flujo continuo, se recomienda una alta Pws (el pozo

es capaz de sostener una columna del fluido de 70 % de la

profundidad vertical. Si solo sostiene el 40 % se debe emplear

Flujo intermitente u otro sistema


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Tipos de vlvulas de Gas Lift

Vlvulas operadas por presin de la TR (requiere 100% de

presin en la TR para abrir y de 50 a 100% en la posicin

cerrada)

Vlvulas operadas por fluido ( requiere de 50% a 100% de la

presin en la TP en posicin cerrada y 100% en la abierta).

Esta vlvula requiere un incremento en la presin en la TP

para abrir y una reduccin en la misma para abrir)

Vlvulas proporcional (Trottling)

Vlvulas combinadas ( requiere un incremento en la presin

del fluido para abrir y un abatimiento en la presin de TP oTR para cerrar.


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Informacin necesaria para disear un sistema

Profundidad del pozo

Tamao de la TP o TR

Produccin de arena o depositacin de parafina

Presin de separacin Presin esperada en la boca del pozo, Pwh

Gasto de produccin deseable

Por ciento de agua %


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Presin de fondo

Temperatura de superficie fluyendo

Gravedad del aceite

Densidad del agua de produccin Densidad del gas y RGN

Presin esttica

Viscosidad del aceite, tensin superficial, etc.


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El bombeo neumticoSe comenz a usar en 1950 y posteriormente se fue

incrementando su uso debido a avances en 1952-1977 en

investigaciones para precisar aun mas las cadas de presin entuberas

Flujo continuo

En esta modalidad se inyecta gas por el espacio anular en forma

continua al punto mas profundo de la TP a travs de una vlvula,

con objeto de aligerar la columna disminuyendo as el gradiente

del fluido dentro y obteniendo una mayor produccin.

Rango de gastos de 200 a 20,000 bls/dia para dimetros

normales. Este rango puede variar mas o menos segn el

dimetro de la tubera. En esta forma el pozo fluye en formaconstante. Se usa en pozos de ALTO IP y alta presin de fondo


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Flujo intermitente

Se inyecta gas de forma similar al anterior pero en forma

intermitente y la produccin se acumula en la TP comotapones; el fluido es producido en forma de baches de

manera intermitente. A diferencia del anterior se inyecta

tambin en forma intermitente y su principio es inyectar el gas

a gastos grandes y aprovechar su expansin medida que sedesplaza hacia la superficie. En esta modalidad se puede

inyectar en puntos mltiples en forma sincronizada. Este

sistema requiere el uso de un vlvula motora con un

dispositivo de tiempo


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Tipos de vlvulas de Flujo continuo

Vlvula balanceada (presin de apertura=p de cierre)

Vlvula desbalanceada (presin de apertura =/ a la P de cierre)

Instalaciones de bombeo neumtico

Instalacin abierta (sin empacador) Instalacin semicerrada (con empacador)

Instalacin cerrada (con empacador y vlvula de pie)

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VALVULAS

DE DESCARGA

VALVULAOPERANTE

PRODUCCIN

GAS


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Buen Funcionamiento Mal Funcionamiento

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Las correlaciones de flujo Multifsico se emplean generalmente en

el diseo de los siguientes sistemas artificiales:

Bombeo neumtico Bombeo elctrico

Bombeo jet

Cuando existe aceite muy viscoso (mayor de 10 c.p.), y bajasvelocidades de flujo donde existe mucho deslizamiento de fluidos

no se acostumbra usar estas correlaciones

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Bombeo mecnico

El yacimiento que ha de producir por bombeo mecnico tiene ciertapresin, suficiente para que el petrleo alcance un cierto nivel en el

pozo. Por tanto, el bombeo mecnico no es ms que un

procedimiento de succin y transferencia casi contina del petrleo

hasta la superficie. El balancn de produccin, imparte elmovimiento de sube y baja a la sarta de varillas de succin que

mueve el pistn de la bomba, colocada en la sarta de produccin,

a cierta profundidad del fondo del pozo

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La vlvula fija permite que el petrleo entre al cilindro de la bomba.En la carrera descendente de las varillas, la vlvula fija se cierra yse abre la vlvula viajera para que el petrleo pase de la bomba a

la tubera de produccin. En la carrera ascendente, la vlvulaviajera se cierra para mover hacia la superficie el petrleo que esten la tubera y la vlvula fija permite que entre petrleo a labomba. La repeticin continua del movimiento ascendente ydescendente (emboladas) mantiene el flujo hacia la superficie

Como en el bombeo mecnico hay que balancear el ascenso ydescenso de la sarta de varillas, el contrapeso puede ubicarse enla parte trasera del mismo balancn o en la manivela. Otra

modalidad es el balanceo neumtico, cuya construccin yfuncionamiento de la cmara se asemeja a un amortiguadorneumtico; generalmente va ubicado en la parte delantera delbalancn. Este tipo de balanceo se utiliza para bombeo profundo.

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Es el sistema ms reconocido de bombeo. Utiliza un movimientovertical transmitido por contrapesos y un brazo mecnico que subey baja.

La bomba en s misma se encuentra en el fondo y se le transmite elmovimiento a travs de varillas que hacen su recorrido por dentrodel la TP. Al descender, la vlvula inferior se cierra y el pistn de la

bomba baja llenndose de petrleo. Al subir, la vlvula inferior seabre y mientras el pistn jala el petrleo que tiene dentro haciaarriba, a la vez llena la parte inferior por succin con una nuevacarga que posteriormente elevar.

As opera en forma alternativa. Dado el gran brazo de torque quetienen, son el tipo de bomba preferido en caso de tener quegenerar grandes presiones. La motorizacin puede ser elctrica ocon motor de combustin interna.


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Varillas

Elemento de conexin entre la unidad de bombeo, instalada en lasuperficie y la bomba de sub-suelo. Mediante de esta se transmiteel movimiento reciproco vertical a la bomba para el desplazamientodel fluido generalmente son productos de acero y por lo tanto

poseen propiedades de masa y elasticidad.

Bomba de Subsuelo

Es una bomba de pistn de desplazamiento positivo, desde suprofundidad de instalacin hasta la superficie, que funciona pordiferenciales de presin mediante bolas y asientos, para permitir laentrada y sello de fluido en ciclos peridicos sincronizados.

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Bombas de Cavidades Progresivas o PCP (Progressing Cavity Pump)

Este sistema es muy simple y econmico. La instalacin de

superficie es considerablemente menor que la de un bombeomecnico, pero tiene limitaciones en cuanto a la presin que puedegenerar y esto va en lnea directa con la capacidad de produccin.

Operan como un tornillo. La bomba est en el fondo del pozo, y escomparable con un tornillo gigante recubierto por un polmero muyduro. La fuerza motriz la entrega un motor en la superficie(elctrico o a explosin). La transmisin es realizada por un eje devarillas, similar al de las bombas mecnicas, pero en este caso, el

movimiento es rotante lo cual disminuye mucho el desgaste porrozamiento de las mismas.



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Es el mtodo preferido en el caso de no tener grandes presiones

o en caso de tener intrusiones de arena ya que las bombas

pueden operar sin destruirse en sus partes mecnicas ni tener un

desgaste excesivo.

Es un sistema bastante nuevo originado en Canad. Su costo

inicial y operativo son muy buenos, pero tienen, comomencionamos anteriormente, algunas limitaciones de

aplicabilidad que impiden que se difunda en forma masiva.


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Bombeo hidrulico

Es un sistema artificial donde se transmite energa al fondo delpozo mediante la inyeccin de un fluido presurizado a travs delas tuberas del pozo. A este fluido presurizado se le llama fluidomotriz y puede ser agua, aceite o una mezcla de estos. La energaes adicionada a los fluidos del yacimiento mediante una bombainstalada en el fondo, esta bomba puede ser de tipo pistn o jet.

El sistema funciona de la siguiente manera, en el o los tanques dela unidad superficial se recibe el fluido producido, que es unamezcla del fluido del pozo con el fluido inyectado, de aqu se envauna parte a la batera de produccin y el restante una vez limpiode slidos es succionado por la bomba mltiple para ser inyectadohacia el pozo para que la bomba de fondo realice su funcin.



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Fluido de potencia limpio

Fluido de potencia alta pres.

Gas Producido

Fluido mezclado

Fluido producido

Bomba de Fluido de potenciaManifold de controlPozos

Paquete de separacin

Modular



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PistonHacia arriba El F.P. Acta sobre

el pistn motriz

(tambin se expulsaF.P.)

El mbolo esimpulsado haciaarriba

El movimientolibera y cierravlvulas check

Entra fluido del pozo

El fluido del pozo se

presuriza en otrolado del mbolo

Hacia abajo El F.P. Acta

sobre el pistn

motriz (tambinse expulsa F.P.)

El mbolo esimpulsado haciaabajo

El movimientolibera y cierravlvulas check

Entra fluido delpozo

El fluido delpozo se presurizaen otro lado delmbolo



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Tubera de

produccin

Empacador de sello

Jet y rea de

mezclado

Tubera de

revestimiento

Vlvula de asiento

Empacadorpermanente

Perforaciones

JET

Notas:

= Fluido del Pozo

= Fluido de potencia de

la bomba superficial

= Flujo mezclado a lasuperficie



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Bombeo electrosumergible o ESP (Electrical Submersible Pump)

Se basa en el principio de centrifugacin de fluidos. Un estator

gira a alta velocidad y expulsa el fluido hacia la periferia del rotordonde es ingresado en una tubera que lo descarga. Este tipo debombas tienen varias etapas de centrifugacin. Es decir, no es unsolo rotor sino que son varios colocados en forma sucesiva uno

sobre el otro y alimentndose entre ellos para ganar mayorpresin

Su ventaja principal es que realmente no tiene casi instalaciones

de superficie a excepcin de un control de velocidad del motor.La motorizacin es elctrica exclusivamente y el motor seencuentra en la bomba misma al fondo del pozo.



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Neumtico Mecnico HidrulicoJet HidrulicoPistn

Profundidad de operacin

[pies] 5,000 - 10, 000 1,000- 11, 000 16,000 20,000

Gasto obtenido [BPD] 100 - 10,000 5 - 1,500 50 - 1,000 >15,000Temperatura de operacin

[F] 100 - 250 100 - 350 75 - 500 75 - 500

Desviacin del pozo

[grados] 0 - 50 0 - 20 0 - 50 0 - 50

Resistencia a la corrosin

Buena -

Excelente

Buena -

Excelente Excelente Excelente

Manejo de gas Excelente Pobre - Buena Pobre Pobre

Manejo de slidos Buena Pobre - Buena Excelente Excelente

Densidad del fluido [API] >15 >8 >20 >20

Aplicacin costa fuera Excelente Limitada Limitada Limitada

Principio de

funcionamiento

Gas a alta

presin Unidad sup Unidad sup Unidad sup



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Centrifugo Cavidades

Embolo

viajero

Profundidad de operacin [pies] 20,000 2,000 - 4,500 8,000

Gasto obtenido [BPD] 100 - 30,000 5 - 2,200 1 - 200

Temperatura de operacin [F] 75 - 500 75 - 150 75 - 120

Desviacin del pozo [grados] 0 - 60 N/A N/A

Resistencia a la corrosin Excelente Pobre Excelente

Manejo de gas Buena Buena Excelente

Manejo de slidos Pobre Excelente Pobre - Buena

Densidad del fluido [API] 15 35 8Aplicacin costa fuera Buena Buena Excelente

Principio de funcionamiento

Motor de

fondo

Unidad sup o

de fondo

Energa del pozo

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