bombeo hidraulico

Universidad Autónoma Gabriel René Moreno Producción III Facultad Integral del Chaco PET-430

I. BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET (CINÉTICO)

1.- BOMBEO HIDRAULICO. El sistema de bombeo hidráulico empleando una ley básica de la hidráulica (ley de pascal). Esta ley establece que la presión ejercida en la superficie del líquido se trasmite con igual intensidad en todas direcciones, en cualquier punto del fluido. El sistema de bombeo hidráulico aplica este principio al bombeo de pozos petrolíferos, transmitiendo la presión de un fluido desde una fuente en superficie a uno o más puntos en el fondo. En estos puntos el petróleo motriz bajo opresión es dirigido a la unidad de producción, ya sea a una bomba reciprocante o a proveer velocidad para la operación de una bomba tipo jet. El fluido motriz que se utiliza en los sistemas modernos proviene de los pozos y puede ser petróleo crudo o agua.

BOMBAS TIPO JET Principió de operación de la bomba tipo jet.-Una bomba tipo jet consta de tres partes principales: la boquilla, la garganta, el difusor. El fluido motriz agua o petróleo es conducido a la bomba por la sarta de tubería. Entonces el petróleo motriz entra por las boquillas y su energía es convertida de una elevada presión a una elevada velocidad en la salida del jet o boquilla. La acción de bombeo ocurre cuando los fluidos de formación entran en la corriente de fluidos a la alta velocidad en el jet, a la salida de la boquilla, los dos fluidos son transportados a la garganta. La energía cinética del fluido motriz se transfiere a los fluidos de formación y los dos fluidos entran al difusor. En medida de que los fluidos avanzan a través del difusor, su elevada velocidad se convierte en alta presión, a la cual es suficiente para mover los fluidos hasta la superficie.

DIMENSIONES Y ESPECIFICACIONES.Una bomba tipo jet se designa de la siguiente manera 2B * 4A

El primer número 2 es el diámetro nominal de la bomba y corresponde al diámetro de la tubería en la cual se puede bajar la bomba.

La primera letra B es el tipo de diseño de la bomba y puede ser tipo A o tipo B. el diseño estándar corresponde al tipo A, que tiene la entrada del fluido de producción a la succión intermitente; esto limita los tamaños de las boquillas y gargantas que se pueden usar comparados con las del tipo B que tienen la entrada de succión externamente a través del conjunto de fondo. Para un mismo tamaño de bomba, la bomba de tipo jet tipo B puede usar boquillas y gargantas del mismo tamaño de las de tipo A, haciendo que la bomba de tipo B sea capaz de manejar caudales de producción más altos. La bomba tipo B puede operar solamente en un conjunto de fondo tipo B pero las de tipo A, se puede operar en casi cualquier conjunto de fondo.

El segundo número 4 es el tamaño nominal de la boquilla con un rango de 1a 20. La segunda letra a designa la relación de área o tamaño de la garganta y hay 5 tamaños de

garganta para cada medida de boquilla que se especifican con las letras de A hasta B.

VENTAJAS DEL SISTEMA TIPO JET RESPECTO AL RECIPROCANTE: Elevada confiabilidad en el equipo sub-superficial, debido a la ausencia de partes móviles. Elevada tolerancia a la presencia de arena, por los materiales reintentes en la boquilla y garganta

de la bomba. Es capaz de producir mayores volúmenes que la reciprocante.

LIMITACIONES DEL SISTEMA JET RESPECTO DEL RECIPROCANTE:

Requiere más potencia que las de embolo. La Eficiencia disminuye notablemente con bajas presiones de entrada

FACTORES QUE AFECTAN A LA OPERACIÓN DE BOMBAS JET:

Grupo 2: Bombeo Hidráulico Univ: fernando Martinez Zapata


Por experiencia se determino que la bomba de tipo jet es muy sensitiva a cambio en las presiones de entrada de de descarga; además que es afectada por la densidad, viscosidad, y presencia de gas de los fluidos que la bomba admite y descarga.

Otros factores que pueden afectar el comportamiento de la bomba son: corrosión, depósitos calcáreos, calidad del petróleo motriz y elevadas temperaturas.

Las bombas tipo jet requieren de 2000 a 3000 pies de profundidad del arreglo de fondo, el arreglo más común para las bombas de tipo jet es el de tipo casing libre, que permite manejar grades volúmenes en pozos de poca profundidad.

II. BOMBEO HIDRÁULICO TIPO EMBOLO (RECIPROCANTE).

PRINCIPIOS DE OPERACIÓN:El fluido motriz es enviado hasta el fondo del pozo bajo presión, hasta una válvula que permite el movimiento reciprocante de la bomba.

COMPONENTESEl Pistón Motor y el CilindroUna Válvula de Retorno El Barril y la Válvula de control de fluido

TIPOS DE DISEÑOa) Simple Acción.- desplaza el fluido en un solo sentido ascendente o descendente.b) Doble Acción.- desplaza el fluido en ambos sentidos a la vez: en ascendente y descendente.

TIPOS DE BOMBA A EMBOLOTipo A

Limitada por el diámetro de las boquillas y la garganta, esto limita los caudales Se puede anclar en cualquier tipo de arreglo de fondo convencional Maneja bajos caudales Junto a las de Tipo B son las mas empleadas

Tipo B Amplio rango de diámetro de las boquillas y la garganta. Se ancla en arreglos diseñados Maneja altos caudales Junto a las de Tipo A son las mas empleadas La energía cinética potencia a la bomba, para aumentar se debe variar el diámetro de la garganta y

aumentando la presión a la bomba reciprocante en superficie. Pueden ser simples y dobles

Tipo D Características comunes a los tipos A y B, su capacidad es igual a la de Tipo B. disponible en

unidades simples y dobles.

Tipo E Similar al motor de una combustión interna, balanceada con pistones opuestos

Dimensiones y Especificaciones

VENTAJAS DE LA BOMBA A EMBOLO:



Elevada eficiencia volumétrica bajo condiciones apropiadas (65 – 70%). Capacidad de variar el caudal de producción ajustando la velocidad a través del caudal de fluido

motriz

LIMITACIONES:Presenta dificultades en cuanto a manejo de gas libre, producción de arena o fluidos corrosivos.

III. ARREGLO SUBSUPERFICIAL

En el caso de Bombeo hidráulico tipo jet y tipo pistón las instalaciones y equipos de superficie para ambos Métodos de Levantamiento Artificial son iguales, la diferencia principal es la bomba de subsuelo.

En un arreglo subsuperficial se tiene los siguientes componentes:

1. Sistema de fluido motor:

El fluido motor transmite la potencia a la bomba de subsuelo, y a la vez lubrica todas las partes móviles de la misma. El transporte de fluido motor y del fluido producido se realiza a través de un sistema de tuberías que depende del tipo de sistemas de fluido o de potencia bien sea este de fluido serrado o de fluido abierto.

2. Sistema de fluido cerrado:

En este caso el fluido motor no se mezcla con el pozo, lo cual hace necesario el uso de 3 tuberías en el fondo del pozo; una para inyectar el fluido de potencia, una de retorno del mismo y otra del fluido de producción.

3. Sistema de fluido abierto:

En el sistema abierto, el fluido motor se mezcla con el fluido del pozo, lo cual hace necesario el uso de 2 tuberías en el fondo; una para inyectar el fluido de potencia y otra para el retorno de la mezcla.

4. Bombas hidráulicas:

Constituyen el principal componente del sistema en el fondo del pozo. El principio de operación de estas bombas es similar al de las bombas de cabillas. Las bombas hidráulicas utilizan un pistón accionado por cabillas y 2 o más válvulas de retención. La bomba puede ser de simple acción o de doble acción. La bomba simple sigue prácticas de diseño similares a la bomba de cabillas. Se denomina de acción simple por que desplaza el fluido hasta la superficie, en el recorrido ascendente o descendente.

a) Bombas de doble acción:

La bomba de doble acción tiene válvulas de succión y de descarga en ambos lados del pistón. Por esta razón la bomba desplaza el fluido hasta superficie en ambos recorridos con la acción combinada de apertura y cierre de válvulas de succión y de descarga del pistón.

b) Bombeo por cabilla e hidráulico:



En una instalación de bombeo por cabillas la unidad de superficie y la bomba de subsuelo se unen por medio de la sarta de cabillas. En cambio en una unidad de bombeo hidráulico la cabilla se encuentra en el interior de la bomba. Las bombas de 4 vías se usan en el motor para cambiar la alta presión del fluido de potencia a baja presión y descarga en ambos lados del pistón del motor, de manera alternativa. Estas válvulas de motor se utilizan con bombas de doble acción, para dar igual fuerza en el recorrido ascendente y descendente.

EQUIPO BÁSICO DEL ARREGLO:

1. Arreglo de tubería

Permite clasificar los diferentes tipos de instalaciones del sistema tales como; tipo insertable fijo, entubado fijo, bomba libre tipo paralelo y tipo entubado.

2. Bomba hidráulica de succión

El principio de operación es similar al bombeo mecánico. Pero en este caso la cabilla se encuentra dentro de la bomba. Existen bombas de acción sencilla y de doble acción. Las bombas de tipo pistón están formadas por pequeños pistones que van subiendo y bajando de forma alternativa de un modo parecido a los pistones de un motor a partir de movimiento rotativo del eje. Estas bombas dispones de varios conjuntos pistón cilindro, así de esta manera se da una fuerza de succión y expulsión.La eficiencia de la bomba pistón es mayor al de cualquier otro tipo de bombas, venciendo presiones de trabajo más elevadas que las bombas de engranajes o de paletas.

Según la disposición de los pistones con relación al eje que los acciona las bombas se clasifican en 3 tipos

1. Axiales.- los pistones son paralelos entre si y también paralelos al eje2. Radiales.- los pistones son perpendiculares aj eje en forma de radios.3. Transversales.-los pistones perpendiculares al eje son accionados por bielas. Los principales componentes de la bomba Jet son la boquilla, la garganta y el difusor

Bombas de Leva y Pistón Bombas de engranajes externos

Bombas Lobulares Bombas de tornillo

Bo mbas de aspas Bombas de potencia



También es importante mencionar otros componentes de subsuelo que se observan en una terminación previamente antes de un posible bombeo. Se tienelos siguientes:

1. Niples de asiento. (selectivos y no selectivos)

2. Niples pulidos

3. Tapones recuperables de enductor

4. Mangas deslizantes

5. Mandriles

IV. TIPOS DE INSTALACIONES

BOMBEO HIDRÁULICO Equipo de superficie:

Tratamiento y almacenamiento de fluido motriz. Líneas de conducción de aceite motriz. Bombas de alta presión para el fluido motriz. Múltiple de distribución y control en superficie. Equipo de cabeza de pozo.

Equipo de subsuelo:

Tubería de fluido motriz, tubería de producción. Equipo de inserción y sello de la bomba en el subsuelo.

SISTEMAS DE FLUIDO DE POTENCIA:En los sistemas hidráulicos de bombeo de pozos petroleros hay dos circuitos de fluido de potencia básicos: el Sistema de Fluido de Potencia “Abierto” (OPF, por sus siglas en ingles) y el Sistema de Fluido de Potencia “Cerrado” (CPF).El sistema de fluido abierto, porque permite que el fluido de potencia agotado se mezcle con el fluido producido, se designa así para distinguirlo del sistema de fluido cerrado, que mantiene el fluido de potencia separado del fluido producido.



SISTEMA DE FLUIDO DE POTENCIA ABIERTO (OPF):En el sistema la bomba superficial obtiene crudo limpio (o agua) de un tanque de asentamiento o de un recipiente separado/reservorio. Hay cuatro disposiciones o instalaciones básicas hoyo abajo en el sistema OPF, que son:

1. INSERCIÓN FIJA: En este sistema, la bomba hoyo abajo se inserta en una sarta pequeña de tubo adentro de la tubería de producción. El fluido de potencia de entrada va hacia abajo, en la pequeña sarta interior, y la producción más el fluido de potencia agotado regresan arriba en el espacio anular dentro de las dos sartas. Gas libre se produce a través del espacio anular del tubo de producción y la tubería de revestimiento.

2. TUBERÍA DE REVESTIMIENTO FIJA: En este sistema, la bomba hoyo abajo se inserta en cualquier tamaño de tubo y se apoya en un obturador de la tubería de revestimiento. El fluido de potencia de entrada va hacia abajo en esta sarta de tubo y la producción más el fluido de potencia agotado regresan hacia arriba en el espacio anular. Todo el gas libre se debe producir a través de la bomba.

3. TUBERÍA PARALELA LIBRE: En este sistema, dos sartas de tubo, conectadas en el fondo con un bloque de crucela, se insertan independiente simultáneamente y se inserta una válvula fija recuperable. La “bomba libre” es circulada abajo en la mayor de las dos sartas por el fluido de potencia, y al sentar hace un sello de asiento en la válvula fija y un sello superior en un collar especial. Comienza la circulación continuada del fluido de potencia y funciona el motor de la bomba. La producción más el fluido de potencia van a través del bloque de cuota del fluido y regresa arriba en la sarta del tubo más pequeño. El gas libre es producido a través del espacio anular de la tubería de revestimiento-producción.

4. TUBERÍA DE REVESTIMIENTO LIBRE: En este sistema, una sarta de tubo se inserta y apoya en un obturador de la tubería de revestimiento. La “bomba libre” es circulada hacia abajo de esta sarta y en funcionamiento el fluido de potencia agotado más la producción se producen hacia arriba en el espacio anular de la tubería de revestimiento. Todo el gas libre se debe producir a través de la bomba.

SISTEMA DE FLUIDO DE POTENCIA CERRADO (CPF):El sistema de fluido de potencia cerrado (CPF) proporciona un método de retorno del fluido de potencia agotado del motor de la bomba hoyo abajo a través de un canal separado, a la superficie. Así, no se mezcla con el fluido producido. En efecto, el fluido de potencia hidráulica está en un “circuito cerrado”. El mismo fluido se usa una y otra vez sólo con la adición de una cantidad pequeña para reponer el fluido. El fluido de reposición reemplaza al fluido usado para lubricar el extremo de la bomba de pistón hoyo abajo. El fluido de potencia usado se puede seleccionar de una variedad amplia de fluidos disponibles pero el más común es el crudo limpio o agua producidos. Por cuanto el fluido de potencia en el sistema cerrado no se mezcla con la producción, la fuente principal de contaminación del fluido se elimina. Así, el sistema CPF asegura una larga vida útil de la bomba proporcionando mejor calidad del fluido de potencia. Además, el sistema simplifica la prueba del pozo porque el fluido de potencia circulado no se necesita restar del fluido que regresa para obtener el crudo neto producido.

V. CARACTERÍSTICAS DEL BOMBEO HIDRÁULICO (TIPO PISTON).

CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA ARTIFICIAL DE PRODUCCIÓN:Las características más importantes de este sistema artificial de producción son:

1. Puede alcanzar mayores profundidades que otros sistemas. Debido a la flexibilidad de este sistema ha permitido la explotación de pozos a profundidades hasta de 18000 pie.



2. La bomba subsuperficial se puede recuperar fácilmente. Una de las ventajas del bombeo hidráulico es la facilidad con que se instalan y recuperan las bombas subsuperficiales (Bomba tipo libre). Para recuperar una bomba, la circulación se invierte en la sarta de producción, a fin de desanclarla de su asiento. A continuación se circula por la sarta del retorno del fluido motriz (o por el espacio anular) para llevarla a la superficie, donde cae en un receptáculo para su correspondiente cambio. Para introducir una bomba la operación se efectúa a la inversa.

3. Buena flexibilidad de gastos de producción. La instalación de este tipo de bombeo es ideal cuando se tienen a gran profundidad, a baja presión y bajas relaciones gas-aceite, grandes volúmenes de fluido por producir (hasta 5000 bl/día).

4. Puede operar en pozos direccionales. Es el sistema artificial de producción mas indicado para operar en pozos direccionales, a diferencia del bombeo mecánico convencional, bombeo neumático o electrocentrífugo, los cuales presentan ciertas desventajas.

5. Control del sistema de varios pozos desde un punto único. Desde ese punto, el operador puede: a) Cerrar o abrir uno, cualquiera o todos los pozos, o la combinación deseada de pozos. b) Graduar la velocidad de la bomba en cada pozo. c) Medir la velocidad de la bomba en cualquier pozo.

6. Fácil adición de inhibidores. Debido al estricto control del fluido motriz, pueden agregársele a éste, toda clase de inhibidores que sea necesarios en la superficie.

7. Manejo de crudos pesados. Esto estará en función de la capacidad de la bomba subsuperficial y de su eficiencia. Pero dado el amplio rango de bombas subsuperficiales existentes, el manejo de fluidos de alto peso específico puede ser factible sin disminuir los ritmos de producción preestablecidos. Uno de los principales elementos del Bombeo Hidráulico en general es el fluido motriz (aceite o agua). Dicho fluido tiene como función la de proporcionar la energía necesaria para accionar el motor de la unidad de producción y además lubricar todas las partes del sistema.

CARACTERÍSTICAS DEL FLUIDO MOTRIZ::Las características más importantes que deberá poseer el fluido motriz son:

a) Fluido limpio. Debido a que el fluido motriz estará en contacto con las partes del equipo superficial y subsuperficial, es recomendable que este no contenga impurezas que puedan, provocar problemas subsecuentes, tales como: corrosión, y/o abrasión de la tubería de inyección, obstrucción de las tuberías o mal funcionamiento del motor.

b) Contenido de sólidos mínimo. Es necesario que el tipo de fluido que se elija o seleccione como fluido motriz, no contenga más de 20 p.p.m. de sólidos, el tamaño de las partículas sólidas no deberá exceder a 15 micrones y el contenido de sal no ser mayor de 12 lb/1000 bl. de aceite.

c) Baja Viscosidad. Esta característica será uno de los factores para poder elegir el tipo bomba superficial, ya que si el fluido motriz es sumamente viscoso, la presión de descarga requerida para la bomba deberá ser sumamente alta para moverlo, por lo que se necesita que la viscosidad sea la más baja posible.

d) Alto poder de lubricación. Esta característica es debida a que el fluido motriz estará en contacto directo con todas las partes mecánicas del motor superficial y por lo tanto tendrá como función la de lubricar cada una de las partes que constituyen dicho motor.

I. SISTEMA ABIERTO DE FLUIDO MOTRIZ:Aquí el fluido motriz bajo presión es dirigido a la bomba subsuperficial por una tubería , este acciona la

bomba, entra en la corriente del fluido producido y retorna a la superficie mezclado con éste. En este



sistema sólo son necesarios dos conductos dentro del pozo uno para conducir el fluido motriz a la unidad subsuperficial y otro para conducir la mezcla de fluido motriz con fluido producido a la superficie (dos sartas de tubería de producción o una sola sarta de tubería y el espacio anular T.R.-T.P.).

II. SISTEMA CERRADO DE FLUIDO MOTRIZ:En este caso el fluido motriz es circulado al fondo del pozo para accionar la unidad subsuperficial, pero no se

mezcla con el fluido producido, sino que es retornado a la superficie por una sarta de tubería por separado por lo que es necesario un conducto extra a diferencia del sistema abierto.

Las principales causas que provocan mal funcionamiento en el sistema son: i. Falta de Fluido Motriz

ii. Obstrucciones del flujo iii. Fugas iv. Cambios de condiciones del pozo v. Desgaste del motor

vi. Contaminación del fluido motriz vii. Alta producción de gasviii. Corrosión

ix. Abrasividad.x. Taponamientos, etc.

VI. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL BOMBEO HIDRÁULICO.

VENTAJAS DEL BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET:

Flexibilidad en la tasa de producción. Cálculo de la Pwf en condiciones fluyentes por el programa de diseño. La bomba Jet no tiene partes móviles lo que significa alta duración y menor tiempo en tareas de

mantenimiento. Pueden ser fácilmente operadas a control remoto. Puede bombear todo tipo de crudos, inclusive crudos pesados. Las bombas de subsuelo pueden ser circuladas o recuperadas hidráulicamente. Esta ventaja es muy

importante por que reduce los requerimientos de los equipos de reacondicionamiento (workover) para hacer el mantenimiento a los equipos de subsuelo.

La bomba Jet es fácilmente optimizada cambiando el tamaño de la boquilla y la garganta. Muy apropiadas para instalación de medidores de presión debido a su baja vibración.

Puede manejar fluidos contaminados con CO2, SO2, gas y arena.

DESVENTAJAS DEL BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET:

Requiere mas potencia q las de embolo. La Eficiencia i disminuye notablemente con bajas presiones de entrada o altas RGP.

VENTAJAS DEL BOMBEO HIDRÁULICO TIPO PISTON:

Trabaja bien en pozos profundos y desviados. El fluido motriz puede ser la misma producción del pozo. No requiere de equipo de servicio para sacar y reemplazar la bomba de subsuelo.

DESVENTAJAS DEL BOMBEO HIDRÁULICO TIPO PISTON:



Requiere de suficiente cantidad de fluido motriz. Si es aceite del pozo puede reducir la productividad.

Costos iniciales de instalación y equipo muy altos. No es fácil para el personal de campo detectar daños en el equipo. Existen problemas de tratamiento donde se utiliza agua en el sistema de fluido motriz. Se trabaja

todo el tiempo con altas presiones.

VENTAJAS DEL BOMBEO HIDRÁULICO:

Pueden ser usados en pozos profundos (+/- 18000 pies). No requieren taladro para remover el equipo de subsuelo. Puede ser utilizado en pozos desviados, direccionales y sitios inaccesibles. Varios pozos pueden ser controlados y operados desde una instalación central de control. Puede manejar bajas concentraciones de arena

DESVENTAJAS DEL BOMBEO HIDRÁULICO:

Costo inicial alto. Altos costos en la reparación del equipo. Las instalaciones de superficie presentan mayor riesgo, por la presencia de altas presiones. No es recomendable en pozos de alto RGP. Problemas de corrosión. El diseño es complejo.

VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

1. Cuando se van a instalar varios pozos a un sistema de producción artificial, el costo inicial (inversión) por pozo generalmente es menor para el bombeo hidráulico que en el bombeo mecánico.

2. Para un mismo diámetro de tubería el bombeo hidráulico permite sacar mayor volumen y a profundidades muy superiores comparadas con el bombeo mecánico.

3. En el bombeo hidráulico se hace fácil centralizar y automatizar los controles de todos los pozos.4. Las ratas de producción son controladas fácilmente y sobre un amplio rango, utilizando el bombeo

hidráulico. 5. Este sistema es ideal en pozos desviados, practico en pozos verticales y en localizaciones

inaccesibles para ratas y profundidades que lo justifiquen.6. El equipo se puede utilizar con ventajas en pozos profundos y aun en pozos superficiales con

grandes ratas.7. Las indicaciones de presión de operación nos sirven para determinar el nivel del fluido y evaluar las

condiciones de trabajo del equipo de subsuelo.8. Los productos químicos para prevenir taponamientos por parafina y evitar corrosión pueden ser

agregados fácilmente al aceite motriz, permitiendo un tratamiento más efectivo. 9. Teóricamente el bombeo hidráulico aparece como la solución a todo tipo de producción artificial de

pozos petroleros. Sin embargo, factores prácticos, como contaminantes en el aceite, arena, agua y sólidos en suspensión, depositación de parafinas en las tuberías y en general el excesivo costo de tratamiento particularmente cuando la producción posee alto corte de agua hacen que su atractivo sea menor.

10. Probablemente el factor más importante que gobierna el éxito y la economía de las operaciones en bombeo hidráulico es una buena calidad de fluido motriz. Antes de arrancar un sistema hidráulico es conveniente circular suficiente fluido a través de todo el circuito con el fin de asegurar la limpieza de todo el equipo y evitar daños causados por escoria de soldadura o partículas u objetos dentro de la tubería.


http://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtml

http://www.monografias.com/trabajos3/corrosion/corrosion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/calidad-serv/calidad-serv.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/ripa/ripa.shtml

http://www.monografias.com/trabajos4/costos/costos.shtml

http://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/control/control.shtml

Documents

bombeo hidraulico