UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

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1 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA ESCUELA DE TECNOLOGÍA DE PETRÓLEOS Tema: Dimensionamiento de una bomba hidráulica tipo jet para evaluación del pozo Drago I ARATULA TESIS PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE TECNÓLOGO EN PETRÓLEOS Autor: Luis Alfredo Naranjo González. Director de tesis: Ing. Víctor Carrión Quito Ecuador Enero 2010 I

2 DECLARACIÓN Del contenido de la presente tesis se responsabiliza el señor Luis Alfredo Naranjo González, todo el contenido del presente trabajo es de mi autoría y responsabilidad. Luis Alfredo Naranjo González. II

3 CERTIFICACIÓN Certifico que la presente tesis de grado fue desarrollada en su totalidad por el señor Luis Alfredo Naranjo González. Ing. Víctor Carrión DIRECTOR DE TESIS III

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5 AGRADECIMIENTO Quiero agradecer primeramente a Dios por permitirme llegar hasta estas instancias y estar concluyendo un ciclo más en mi vida, a mis padres y a mi tío Richard por todos los sacrificios que han hecho para que yo pueda concluir mis estudios y poder empezar mi vida como profesional, a la Universidad Tecnológica Equinoccial por haberme dado la oportunidad de ser parte de esta prestigiosa institución. También quiero agradecer a todos los profesores que han aportado con sus conocimientos y experiencias para hacer de nosotros unos excelentes profesionales, al Ing. Marco Corrales por guiarme a lo largo de esta tesis y en especial al Señor Decano de mi facultad Ing. Jorge Viteri porque siempre me brindó su ayuda cuando la necesitaba, a todos mis amigos que estuvieron involucrados en el desarrollo de este trabajo ya sea directa o indirectamente, y a todas aquellas personas que confiaron en mí y nunca dejaron de apoyarme en el transcurso de mi carrera. V

6 DEDICATORIA Quiero dedicar este trabajo a mis padres y a mi tío Richard porque gracias a sus enormes sacrificios estoy aquí concluyendo mi etapa como estudiante para poder empezar una nueva que es la profesional, a mi novia por apoyarme y darme fuerzas para poder seguir adelante, a mis hermanos que han sido mi motivación para que en un futuro puedan seguir mi ejemplo, y a mis amigos que han estado conmigo cuando los he necesitado. VI

7 ÍNDICE GENERAL CARÁTULA... I DECLARACIÓN... II CERTIFICACIÓN... III CARTA... IV AGRADECIMIENTO... V DEDICATORIA... VI ÍNDICE GENERAL... VII ÍNDICE DE CONTENIDO..VIII ÍNDICE DE FIGURAS... XIV ÍNDICE DE FIGURAS... XV ÍNDICE DE TABLAS... XVI RESUMEN... XVII SUMMARY... XVIII VII

8 ÍNDICE DE CONTENIDO CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN Objetivo general Objetivos específicos Justificación Idea a defender Metodología de estudio Método de investigación Método deductivo Técnicas de investigación Entrevistas Recopilación de información Información de campo.. 4 CAPÍTULO II INTRODUCCIÓN AL BOMBEO HIDRÁULICO Bombeo hidráulico tipo JET Componentes del sistema de bombeo hidráulico tipo JET Componentes básicos de superficie Cabezal de pozo Válvulas en superficie VIII

9 Válvula de control de pozo (4 vias) Válvulas de paso Válvula de control de flujo Válvula de seguridad Válvula de alivio contra la sobrepresión Válvulas de seguridad para recipientes Válvula para la diferencia de presión Lubricador Instrumentos Motor y reductor de velocidad Bomba de fluido motriz Turbina de caudal Cuenta barriles Amortiguador de pulsaciones Lineas Tubería de alta presión Tubería de baja presión Separador vertical (módulo vertical) Separador horizontal (módulo horizontal) Desarenador ciclónico Bombeo hidráulico tipo pistón Sistemas de operación Sistema de fluido motriz abierto Sistema de fluido motriz cerrado único para bomba tipo pistón.32 IX

10 2.3. Métodos de acondicionamiento de fluido motriz en superficie Fluido motriz Sistema de acondicionamiento en el cabezal del pozo Sistema de acondicionamiento de fluido motriz centralizado Sistema unidraulic de un recipiente Controles del sistema Sistema unidraulic de dos recipientes Controles del sistema Principales elementos del conjunto de fondo Tubing Tuberia de revestimiento Cavidad Aisladores de zonas o packers Camisas Válvula de pie o standing valve Bombas falsas Tipos de sistemas de subsuelo Sistema de bomba libre Sistema de bomba fija Ventajas y desventajas del bombeo hidráulico Ventajas del bombeo hidráulico Desventajas del bombeo hidráulico X

11 CAPÍTULO III INTRODUCCIÓN BOMBA JET Partes de una bomba JET Nozzle Garganta Difusor Designación de un bomba JET Oilmaster y Kobe Características del trabajo Relaciones Nozzles/Throat en volumen y presión Relación volumen / presión Nozzles/Throat Relación entre la presión y la velocidad del fluido motriz Bombas hidráulicas tipo jet para evaluación de pozos Evaluación con unidad M.T.U. (Unidad de prueba de producción portátil) Análisis y diferencias entre bomba JET convencional y JET reversa Análisis comparativo de la bomba JET convencional con la bomba JET reversa Diferencias entre la bomba jet convencional y la bomba JET reversa Problemas en la Bomba JET Cavitación en bombas JET Ejemplos de cavitación Ejemplo A Ejemplo B Ejemplo C XI

12 Ejemplo D Otros problemas que se presentan en la bomba JET Ventajas de utilizar bombas JET Oilmaster y Kobe Ventajas Ventajas de uso práctico Ventajas de operación Desventajas CAPÍTULO IV DIMENSIONAMIENTO CON EL SOFTWARE WEATHERFORD PARA DISEÑO Y SELECCIÓN DE BOMBAS HIDRÁULICAS JET OILMASTER Y KOBE Explicación del Software Weatherford trico para diseño y selección de bomba JET Oilmaster y Kobe para el pozo Drago I Trabajos de operaciones para el análisis del pozo Cambio de bomba libre Descenso de la bomba jet para evaluar el pozo CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones Recomendaciones XII

13 BIBLIOGRAFÍA: CITAS BIBLIOGRÁFICAS: ANEXOS Anexo No Anexo No Anexo No Anexo No XIII

14 ÍNDICE DE FIGURAS Figuras pág. Fig. 1 Sistema general del bombeo hidráulico oilmaster.. 9 Fig. 2 Elementos de superficie.. 10 Fig. 3 Cabezal de pozo tipo árbol de navidad Fig. 4 Cabezal con válvula de 4 vías 14 Fig. 5 Válvula reguladora de flujo (vrf) 16 Fig. 6 Lubricador con instalación. 19 Fig. 7 Diagrama de un sistema de fluido motriz abierto.. 31 Fig. 8 Sistema centralizado de fluido motriz Fig. 9 Circuito de flujo del sistema unidraulic de un recipiente 40 Fig. 10 Circuito de flujo del sistema unidraulic de dos recipientes. 44 Fig. 11 Conjunto de fondo. 47 Fig. 12 Standing valve 50 Fig. 13 Bomba libre 52 Fig. 14 Sistema general del bombeo hidráulico oilmaster. 58 Fig. 15 Boquilla, garganta, difusor y espaciador 60 Fig. 16 Muestra al nozzle y la garganta.. 62 Fig. 17 Relaciones nozzle/throat en volumen y presión.. 65 Fig. 18 Unidad móvil para evaluación de pozos. 68 Fig. 19 Bomba jet convencional y bomba jet reversa. 70 Fig. 20 Ejemplo de cavitación. A XIV

15 ÍNDICE DE FIGURAS Figuras pág. Fig. 21 Ejemplo de cavitación B. 74 Fig. 22 Ejemplo de cavitación C. 74 Fig. 23 Ejemplo de cavitación D 75 Fig. 24 Bombas jet recomendadas por el programa Fig. 25 Bombas jet oilmaster y kobe sugeridas para el pozo drago I 86 Fig. 26 Posición de circulación en superficie Fig. 27 Posición de circulación en superficie Fig. 28 Reversando bomba. 90 Fig. 29 Desplazamiento de bomba. 91 Fig. 30 Bomba en operación XV

16 ÍNDICE DE TABLAS Tablas pág. Tabla no. 1 Designación de un bomba jet oilmaster y kobe 61 Tabla no. 2 Problemas que se presentan en las bombas jet 76 Tabla no. 3 Razones para preferir bombas pistón o jet 79 XVI

17 RESUMEN Los sistemas de bombeo hidráulico se dividen en dos clases de acuerdo al tipo de bomba de subsuelo: bombas hidráulicas de pistón y las bombas hidráulicas tipo jet. Aunque la bomba hidráulica de pistón es un dispositivo de alta eficiencia volumétrica, sus debilidades operacionales en términos de calidad del fluido motriz, no la hace una solución versátil y por el contrario es muy limitada su aplicación. Las bombas hidráulicas tipo jet son recomendadas como la mejor bomba hidráulica de subsuelo para la producción de pozos petroleros. El bombeo hidráulico tipo Jet, es un mecanismo de producción de pozos petroleros, que actúa mediante la transferencia de potencia a una bomba de subsuelo con un fluido presurizado que es bombeado a través de la tubería de producción. La bomba de subsuelo actúa como un transformador convirtiendo la energía del fluido motriz en energía potencial o presión sobre los fluidos producidos. La bomba de subsuelo tipo Jet, logra su acción de bombeo mediante la transferencia de energía entre dos corrientes de fluidos. La alta presión del fluido motriz enviado desde la superficie pasa a través de una boquilla donde su energía potencial o presión es convertida en energía cinética en la forma de chorro de fluido a gran velocidad. El fluido a producir es succionado y mezclado con el fluido motriz en la garganta de la bomba y llevado a superficie. XVII

18 SUMMARY The systems of hydraulic pumping are divided in two classes according to the type of subsoil pump: hydraulic pumps of piston and the hydraulic pumps jet type. Although the hydraulic pump of piston is a device of high volumetric efficiency, its operational weaknesses in terms of quality of the motor fluid, it does not make a versatile solution and the otherwise is very limited in its application. The hydraulic pumps jet type are recommended like the best hydraulic subsoil pump for the oil well production. The hydraulic pumping Jet type, is a mechanism of oil well production that acts by means of the transference of power to a subsoil pump with a pressurized fluid that is pumped through the production pipe. The subsoil pump acts like a transformer turning the energy of the motor fluid into potential energy or pressure on the produced fluids. The subsoil pump Jet type, obtains its action of pumping by means of the energy transfer between two currents of fluids. The high pressure of the sent motor fluid from the surface pass through a nozzle where its potential energy or pressure is turned into cinetic energy in the form of fluid spurt of at a high speed. The fluid to produce is sucked and mixed with the motor fluid in the throat of the pump and taken to surface. XVIII

19 CAPÍTULO I 1

20 1. INTRODUCCIÓN. El bombeo hidráulico es tal vez uno de los sistemas de levantamiento artificial menos aplicados en la industria petrolera. Aunque fue ampliamente implementado y difundido en los años 60 y 70s, las compañías fabricantes de estos sistemas fueron absorbidas por otras compañías o desaparecieron del mercado. Desde los años 90 ha habido un resurgimiento del bombeo hidráulico como excelente alternativa de levantamiento artificial. Sus claras ventajas versus otros sistemas de levantamiento, le ha garantizado un lugar de preferencia por parte de algunas compañías operadoras. A continuación describiremos los objetivos, justificación, alcance y todo el aspecto investigativo q se realizara al pozo Drago I OBJETIVO GENERAL. Estudiar el bombeo hidráulico Tipo Jet para realizar pruebas de producción en el Pozo Drago I OBJETIVOS ESPECÍFICOS. Descripción de los equipos a utilizarse para un mejor uso y mantenimiento. Dimensionamiento del BHA de Pruebas. Obtener datos de la pruebas de pozo JUSTIFICACIÓN. Con el estudio del bombeo jet para pruebas de pozos, tendremos conocimientos más claros como funciona el sistema, como también se determinará el potencial del pozo y 2

21 cual es el mejor método de levantamiento artificial a utilizarse, esto permitirá tener datos necesarios para trabajos posteriores IDEA A DEFENDER. Si realizamos las pruebas de producción con bombeo jet en el pozo Drago I, obtendremos datos actuales de la condiciones del pozo necesarios para determinar el mejor sistema de levantamiento artificial a utilizarse METODOLOGÍA DE ESTUDIO. Son los siguientes: Método de investigación La siguiente investigación se realizará basándose en estudios bibliográficos y datos recopilados de pruebas realizadas al pozo, fluidos etc. Información que es necesaria para bajar la bomba jet Método deductivo Este método nos ayudara ha deducir e interpretar la información recopilada para interpretar los resultados. 3

22 1.6. TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN. Las técnicas de investigación utilizadas son: Entrevistas Se buscó información a través de entrevistas realizadas a personal con experiencia en este tipo de bombeo para obtener sugerencias, riesgos y todo tipo de información referente a sus experiencias Recopilación de información Se buscó información técnica sobre el estudio de bombeo hidráulico en fuentes de información de compañías de servicios especializadas en levantamiento artificial, Internet, bibliotecas y otras fuentes de información sobre el tema Información de campo Esta técnica es muy importante por que me permitirá tener contacto directo con el problema y la solución ha plantearse. 4

23 CAPÍTULO II 5

24 2. INTRODUCCIÓN AL BOMBEO HIDRÁULICO. Como dice M. Wilson Kobe, INC en su libro Introducción al bombeo hidráulico. Pág.1, 2: El sistema de bombeo hidráulico Oilmaster y Kobe transmite potencia al fondo por medio del fluido motriz presurizado que fluye por la tubería de producción del pozo; las bombas de subsuelo actúan como un transformador que convierte la energía del fluido motriz en energía potencial o de presión en los fluidos producidos. Las bombas de PISTÓN, Oilmaster y Kobe constan de pistones recíprocos comunicados, unos gobernados por el fluido motriz presurizado y otro gobernado por el o los fluidos que produce el pozo. La bomba hidráulica JET, Oilmaster y Kobe convierte el fluido presurizado motriz en un jet de gran velocidad que se mezcla directamente con los fluidos del pozo. Los tipos de bombas mencionadas son bombas libres ya que se corren y se reversan hidráulicamente sin remover la tubería, ni usar servicios de cables. Las presiones de operación en el sistema hidráulico varían de 4000 psi, la bomba más común para generar esta presión en la superficie es una bomba Triple o Quíntuple de desplazamiento positivo, accionada por un motor eléctrico, un motor de gas o un motor de combustión interna (diesel). 6

25 2.1. BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET El bombeo hidráulico tipo jet es un mecanismo de producción de pozos petroleros, que actúa mediante la transferencia de potencia a una bomba de subsuelo con un fluido presurizado que es bombeado a través de la tubería de producción. La bomba de subsuelo actúa como un transformador convirtiendo la energía del fluido motriz en energía potencial o presión sobre los fluidos producidos COMPONENTES DEL SISTEMA DE BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET. Para que el sistema de bombeo hidráulico tipo jet funcione de la mejor manera se requiere los siguientes componentes básicos. Los componentes básicos de superficie son: Cabezal de pozo. Válvulas. Lubricador. Instrumentos. Motor y reductor de velocidad. Bomba de fluido motriz. Turbina de caudal. 7

26 Cuenta barriles. Amortiguador de pulsaciones. Líneas. Separador vertical. Separador horizontal. Desarenador ciclónico Los componentes básicos de subsuelo son: Tubing. Tubería de revestimiento. Aisladores de zonas. Camisas. Válvula de pie. Bombas falsas. Bomba Jet. A continuación en la figura 1 se puede observar el sistema general del bombeo hidráulico oilmaster: 8

27 FIGURA 1 SISTEMA GENERAL DEL BOMBEO HIDRÁULICO OILMASTER Fuente: National Oilwell. 9

28 COMPONENTES BÁSICOS DE SUPERFICIE. Los componentes básicos de superficie son los que se muestran a continuación en la figura 2: FIGURA 2 ELEMENTOS DE SUPERFICIE INSTRUMENTOS DE CONTROL VRF Fuente: National Oilwell. 10

29 CABEZAL DE POZO. Todo pozo posee un cabezal, dentro del bombeo hidráulico los cabezales de pozo tienen el mismo sistema de funcionamiento, en bombeo hidráulico se utilizan el cabezal de pozo con válvula de cuatro vías y el tipo árbol de navidad como se ve en la figura 3. Como dice National Oilwell, en su libro Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. Pág. 24 El cabezal de pozo posee una válvula MASTER, es la que tiene comunicación con la sarta de la tubería (tubing), con las líneas de inyección y producción, por lo tanto la válvula MASTER pilotea el movimiento del fluido motriz en cualquier sentido dentro del pozo. Las válvulas del casing, son válvulas por donde retornará la mezcla de los fluidos inyectados y conducido a la línea de retorno a la estación de producción, son válvulas de 5000 psi Las válvulas del tubing, son válvulas que permiten el paso del fluido de inyección hacia el tubing y consecuentemente a la bomba de fondo, son válvulas de 5000 psi. 11

30 FIGURA 3 CABEZAL DE POZO TIPO ÁRBOL DE NAVIDAD Fuente: National Oilwell. 12

31 VÁLVULAS EN SUPERFICIE En superficie se puede encontrar las siguientes válvulas VÁLVULA DE CONTROL DE POZO DE 4 VÍAS (FIGURA 4). Como dice National Oilwell, en su libro Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. Pág. 25 Sirve para controlar la dirección del fluido motriz que acciona la bomba del pozo. Con solo mover la palanca hacia abajo, el fluido motriz baja por la tubería de inyección para activar y accionar la bomba. Para reversar la bomba, el movimiento de la palanca hacia arriba dirige el flujo hacia abajo por el espacio anular para que la empuje o saque la bomba por la tubería de inyección hasta superficie. En la posición intermedia la válvula circula (by pass), es decir que el fluido de inyección pasa directamente a la línea de retorno a la estación. Con el giro a la derecha del handle (mariposa) se presuriza el pozo, la operación inversa es para despresurizar. 13

32 FIGURA 4 CABEZAL CON VÁLVULA DE 4 VÍAS Fuente: National Oilwell. 14

33 VÁLVULAS DE PASO. Como dice National Oilwell, en su libro Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. Pág. 29. Las válvulas que conforman un circuito no son iguales aunque su principio es similar de apertura y cierre, las más utilizadas son: Válvulas mariposa. Cierra con varias vueltas (sentido anti horario) Válvulas de tipo Block.- De rápida acción sirven para aperturas y cierre rápidos, su trabajo es en apertura y cierre con giro a VÁLVULA DE CONTROL DE FLUJO. La válvula reguladora o de control de flujo (VRF) como se ve en la figura 5, sirve específicamente para regular el paso del fluido a ser inyectado al pozo y consecuentemente a la bomba. Esta válvula se instala entre la válvula block y el cabezal del pozo, la válvula reguladora de flujo Oilmaster y Kobe puede regular hasta 3000 BLS/DIA y 5000 BLS/DIA respectivamente. 15

34 FIGURA 5 VÁLVULA REGULADORA DE FLUJO (VRF) Fuente: National Oilwell VÁLVULA DE SEGURIDAD La unidad Econodraulic está equipada con dos válvulas de seguridad. Hay la válvula de seguridad para el recipiente de acondicionamiento y una válvula de seguridad para el acumulador. Cada válvula se calibra para proteger estos recipientes de la sobrepresión VÁLVULA DE ALIVIO CONTRA LA SOBREPRESIÓN La válvula para el control de la sobrepresión se abre cuando la entrada a la válvula recibe un oleaje fuerte de presión. 16

35 Cuando el volumen de fluido procesado sea suficiente para producir una pérdida de presión de 40 psi a nivel del filtro ciclónico de arena, la válvula de alivio se abre y se elimina el exceso de gas y fluido del recipiente acumulador - protector. Esto da como resultado un nivel de fluido cercano a la parte superior del recipiente. La válvula puede calibrarse también para otras diferencias de presión VÁLVULAS DE SEGURIDAD PARA RECIPIENTES Las válvulas de seguridad para los recipientes acondicionadores de fluidos evitan la presión excesiva dentro de cada uno de los recipientes VÁLVULA PARA LA DIFERENCIA DE PRESIÓN La válvula para la diferencia de presión funciona para mantener una diferencia específica de presión a nivel del desarenador ciclónico. La válvula se calibra en la fábrica para mantener una caída de presión de 40 psi en el desarenador ciclónico. Sin embargo, puede resultar necesario recalibrarla para que se alimente a la bomba multiplex con suficiente fluido. 17

36 Como dice SERTECPET, en su Manual de Operación. Pág. 27. Durante operaciones normales, la válvula para la diferencia de presión debe estar suficientemente abierta para hacer que todo el gas en el recipiente vertical pase por la válvula y no por el desarenador ciclónico. La válvula debe permitir, además, que pase una pequeña cantidad de fluido, para asegurar que esto suceda. El nivel alto de fluido en el recipiente vertical garantiza una capacidad amplia en la eventualidad de que el pozo fuera a llenarse de gas. La válvula es lo suficientemente grande para manejar grandes volúmenes de fluido, pero hay que cuidar de que no se desvíe más fluido de lo requerido por la bomba multiplex o el desarenador ciclónico. Al regular el tornillo hacia dentro (hacia abajo), pasará más fluido por el desarenador ciclónico hasta el recipiente horizontal, y la diferencia de presión será mayor. Si no ocurre ningún incremento en la diferencia de presión la válvula está cerrada, y todo el fluido disponible ya está pasando por el desarenador ciclónico. Al regular el tornillo hacia fuera (hacia arriba) pasará menos fluido por el desarenador ciclónico hasta el recipiente horizontal y la diferencia de presión será menor. 18

37 LUBRICADOR. Como dice National Oilwell, en su libro Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. Pág. 26 Es una herramienta de apoyo que se acopla a la válvula de 4 vías y al cabezal tipo árbol de navidad como se ve en la figura 6, sirve para sacar la bomba y desplazar la bomba hacia el pozo sin necesidad de contaminar el medio ambiente facilitando al Técnico la operación del cambio de bomba y reduciendo el peligro de trabajar con el hueco abierto. FIGURA 6 LUBRICADOR CON INSTALACIÓN Fuente: National Oilwell. 19

38 INSTRUMENTOS. Como se trabaja con altas presiones se tiene que contar en las líneas de inyección y retorno manómetros de alta y baja presión (5000 psi y 600 psi respectivamente). En la mayoría de los pozos se encuentra instalado un manómetro diferencial que es un registrador de carátula giratoria (denominado BARTON por la marca del fabricante), en el que se registran las presiones de operación, de inyección y la presión de retorno, es cambiable esta carta y su giro es proporcional con el tiempo real, se gradúa a 24 horas o a 7 días según el tipo de reloj MOTOR Y REDUCTOR DE VELOCIDAD Como dice SERTECPET, en su Manual de Operación. Pág. 29. Siendo el motor la planta de fuerza que mueve el sistema hidráulico y dada su complejidad, la operación y mantenimiento se debe hacer de acuerdo a las especificaciones que vienen junto con la unidad al ser adquirida. En un motor, nuestro objeto es ver que se adapte a las condiciones ambientales, que tenga un mínimo de complejidad y sea lo menos costoso posible. En locaciones urbanas en especial, es importante observar que la emisión de gases sea mínima, ya que pueden ser irritantes y tóxicas en grandes concentraciones. 20

39 El mantenimiento del motor que es la parte vital para el funcionamiento de toda la unidad de bombeo hidráulico, debe tomar en cuenta lo siguiente. La eficiencia mecánica del motor depende de la calidad de operación del mismo. Control de mantenimiento y el uso de combustibles y aceites lubricantes recomendados ayudará a garantizar un eficiente funcionamiento de la unidad global. Una buena costumbre es cambiar las partes dañadas inmediatamente de ser descubiertas, las cuales pueden afectar su rendimiento y se evitarán daños mayores. Siempre se debe tomar en cuenta que, al reemplazar partes de un motor, se debe utilizar las correspondientes a su marca y modelo y evitar adaptaciones que vendrían en desmedro del rendimiento del mismo. Un mantenimiento a intervalos regulares dará como resultado una mayor vida del motor y se debe poner especial interés en las siguientes partes: El nivel del líquido refrigerante (nivel y protección) se debe chequear a diario, llenarlo hasta su nivel permanente y en condiciones extremas de frío se debe añadir químico anticongelante, además el agua debe ser pura para evitar incrustaciones de minerales y nunca se debe utilizar ablandador de agua. El nivel del aceite lubricador del cárter se debe chequear y rellenarlo utilizando el aceite del grado y clasificación que se utilizó antes. El filtro del aceite lubricador del cárter se debe cambiar regularmente. El excesivo humo o pérdida de fuerza del motor Índica que no ha tenido mantenimiento adecuado. * 21

40 Inspeccionar la entrada de aire y la cañería de combustible, cuyos daños pueden causar rotura o restricción, limpiar y lavar el respiradero del cárter completamente con un solvente no inflamable; inspeccionar sellos y reemplazarlos si se ve que es necesario. La reductora de velocidad está destinada a reducir las revoluciones del motor hasta el límite programado para la bomba triplex. Esta ha sido diseñada para garantizar un acople correcto con el elemento rotativo del motor. El diámetro y longitud del acople está diseñado para mantener una precisa alineación del equipo, bajo las más adversas condiciones de Carga, permitiendo además una mayor eficiencia y evitando daños en su estructura. Siendo un componente importante del sistema de bombeo hidráulico, su mantenimiento debe hacérselo prolijamente BOMBA DE FLUIDO MOTRIZ La bomba de fluido de fuerza en superficie provee líquido presurizado para operar la bomba hidráulica de subsuelo. Esta bomba es debidamente alineada con la caja reductora y el motor y es conectada mediante un acople flexible que ya viene desde la fábrica, sin embargo, es necesario chequear la distancia y el ángulo de alineación después de la instalación final en la locación del pozo. 22

41 Como dice el Ing. Isaías Carrillo, en su libro manual de operación de bombeo hidráulico. Pág. 16 La válvula de seguridad de la descarga de la bomba triplex está fijada por la fábrica en 4500 PSI, con lo que la válvula de desahogo pasará 2390 B/D, con una potencia de 100 HP. y émbolos de 1 1/2 pulgada. Sin embargo la válvula de seguridad debe ser refíjada en la locación del pozo para las condiciones operacionales presentes en el sitio, siendo esta alrededor de un 20% superior a la presión máxima indicada por la fábrica, lo cual está dentro del límite de seguridad de construcción de la bomba. Por ejemplo, si una bomba triplex de 100 HP tiene instalados émbolos de 1 1/2 pulgadas, la máxima presión de operación recomendada es de PSI con 1190 B/D, de este modo, la fijación de la válvula de seguridad debería ser PSI, (4.445 PSI * 120%). Y si tiene émbolos de 1 5/8 pulgadas, la fijación de la válvula de seguridad debe ser de PSI, (3.182PSI * 120%). Para protección de la bomba se tiene el amortiguador de pulsaciones, el cual es instalado para disipar el golpe del fluido que se desarrolla en el sistema debido a la pulsación de los émbolos de la bomba. Si las fluctuaciones de presión de la bomba triplex no son amortiguadas a la salida, el golpe del fluido puede llegar a ser suficiente para romper las instalaciones de la cabeza del pozo. Además, si las pulsaciones no se amortiguan, estas se amplifican y se reflejan contra la misma bomba triplex, llegando a destruirla. Por esta razón, el amortiguador de pulsaciones debe ser colocado tan cerca como sea posible a la descarga de la bomba, ya que la amplificación de la onda de golpe es directamente proporcional a la distancia que recorre. 23

42 TURBINA DE CAUDAL. Como dice National Oilwell, en su libro Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. Pág. 27 Este elemento es indispensable dentro del circuito en la superficie, ya que mediante el movimiento de la turbina producido por la energía cinética del fluido motriz presurizado, en su parte interior los alabes giran a gran velocidad, estas pulsaciones son leídas por un sensor magnético que posee un instrumento electrónico que cuenta el paso del número de barriles que circulan hacia el pozo; La turbina se encuentra instalada directamente en la línea de inyección luego del VRF CUENTA BARRILES. Como dice National Oilwell, en su libro Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. Pág. 28 Es un instrumento electromagnético que sirve para leer las pulsaciones que se producen en el interior de la turbina, facilitando de esta manera determinar exactamente el número de barriles inyectados hacia la bomba, este elemento es portátil y no se lo encuentra instalado en la locación AMORTIGUADOR DE PULSACIONES Un amortiguador de pulsaciones está instalado cerca de la descarga de la bomba multiplex con el fin de disipar el choque de "ariete hidráulico" en el sistema, problema que puede presentarse por las pulsaciones en la salida de la bomba multiplex. 24

43 De no amortiguarse las fluctuaciones de presión de la bomba múltiplex, este golpe de ariete podría volverse tan severo que quiebra las conexiones del cabezal. A medida de que las olas de choque creadas por las pulsaciones avancen más lejos desde la bomba, se amplifica la ola de choque que viene como reflejo. De permitirse que continúen sin amortiguarlas, estas pulsaciones amplificadas también se reflejarán de regreso hacia la bomba de fluido motriz, destruyendo la bomba. Por esta razón, los amortiguadores de pulsaciones deben ubicarse lo más cerca posible a la descarga de la bomba multiplex LÍNEAS. National Oilwell, Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. Pág. 28 En el recorrido que realizan el fluido no siempre se encuentra con un mismo caudal ni con una presión constante, por ello se utiliza dos tipos de tubería en toda la instalación de superficie TUBERÍA DE ALTA PRESIÓN. Soporta hasta 5000 psi, se utiliza para el fluido de inyección desde la planta hasta el cabezal del pozo; la sarta de tubería que se utiliza en la completación definitiva es también de alta presión. 25

44 TUBERÍA DE BAJA PRESIÓN Tiene márgenes de resistencia menores ( psi), se encuentra instalada desde la salida de producción del pozo hasta la estación de almacenamiento SEPARADOR VERTICAL (MÓDULO VERTICAL) La primera entrada de fluidos a la propia Econodraulic es al recipiente acumulador y amortiguador. El propósito del recipiente acumulador / amortiguador es evitar que el gas excesivo ingrese al filtro ciclónico de arena, lo que reduciría la eficiencia de dicho desarenador. El separador vertical también sirve como cámara de compensación por si el recipiente se viera expuesto a un oleaje de alta presión desde el pozo. Impide que tal oleaje sea transmitido hasta el filtro ciclónico de arena ni al recipiente de acondicionamiento SEPARADOR HORIZONTAL (MÓDULO HORIZONTAL) El recipiente para reacondicionamiento de fluidos es un recipiente de almacenamiento que separa el petróleo, agua y gas. 26

45 El fluido en exceso de lo requerido por las bombas en superficie y subsuelo se descarga del recipiente mediante una válvula. Cuando el nivel del fluido previamente calibrado llega aproximadamente a distar unas 5 pulgadas de la parte superior del recipiente de acondicionamiento de fluidos, el fluido pasa a una línea de rebose y sale del recipiente. Este exceso se traslada a un tubo que conduce hacia la línea de flujo y la batería de tanques de almacenamiento. Como dice SERTECPET, en su Manual de Operación. Pág. 31. El tiempo de retención del fluido motriz en el recipiente de acondicionamiento realmente no es suficiente para un asentamiento significativo de las partículas sólidas que están en los fluidos, de modo que el filtro ciclónico debe lograr la mayor parte de la separación de sólidos. He ahí la importancia de instalar, dimensionar, controlar y operar dichos filtros correctamente, porque eso depende el funcionamiento de todo el sistema. Una vez que esté funcionando el sistema hidráulico, se descargan los fluidos que excedan de lo requerido por las bombas en superficie y subsuelo, desde el recipiente para acondicionamiento de fluido a través de la válvula selectora manual (salida alta) para descargar el petróleo o a través de la válvula (salida baja) cuando la descarga sea principalmente agua. La cantidad de fluido descargada del recipiente de acondicionamiento se controla mediante la diferencia de presión entre el recipiente de acondicionamiento y la presión de la línea de flujo. 27

46 El nivel de líquido en el recipiente de acondicionamiento se mantiene en un nivel suficiente para poder abastecer a la bomba multiplex de una cantidad adecuada de fluido limpio DESARENADOR CICLÓNICO Como dice SERTECPET, en su Manual de Operación. Pág. 32. Se considera que el filtro ciclónico de arena constituye el corazón de la unidad Econodraulic. Sin su excelente separación de los sólidos, el resultado seria un tiempo innecesariamente corto de funcionamiento y un trabajo excesivo de mantenimiento en el multiplex. En los filtros de arena deben dimensionarse para que tengan el tamaño necesario para efectuar una separación máxima de las partículas sólidas, proporcionando un fluido esencialmente limpio para la bomba de fluido motriz en la superficie y la bomba hidráulica en el subsuelo. Los sólidos separados por el filtro de arena se descargan hacia abajo por el fluido inferior del filtro, y puede controlarse visualmente por la mirilla. El fluido motriz limpio pasa desde la comente de rebose (excedente) del filtro de arena, a través de la válvula de salida del filtro de arena y de ahí hasta el recipiente para acondicionamiento del gas, petróleo y agua. 28

47 2.2. BOMBEO HIDRÁULICO TIPO PISTÓN Las bombas de pistones están formadas por un conjunto de pequeños pistones que van subiendo y bajando de forma alternativa de un modo parecido a los pistones de un motor a partir de un movimiento rotativo del eje. Estas bombas disponen de varios conjuntos pistón-cilindro de forma que mientras unos pistones están aspirando líquido, otros lo están impulsando consiguiendo así un flujo menos pulsante, siendo más continuo cuantos más pistones haya en la bomba. El líquido pasa al interior del cilindro en su carrera de expansión y posteriormente es expulsado en su carrera de compresión, produciendo así el caudal. La eficiencia de las bombas de pistones es en general mayor que cualquier otro tipo, venciendo generalmente presiones de trabajo más elevadas que las bombas de engranajes o de paletas SISTEMAS DE OPERACIÓN Existen básicamente dos sistemas de operación dentro del bombeo hidráulico: siendo el sistema de Fluido motriz abierto y el sistema de fluido motriz cerrado. 29

48 SISTEMA DE FLUIDO MOTRIZ ABIERTO (FIGURA 7). Como dice PETROECUADOR, en su libro operaciones en superficie. Pág. 3. Un sistema de fluido motriz abierto (OPF, OPEN POWER FLUID) solo requiere de dos conductos de fluido en el pozo; el primero para circular o contener el fluido motriz a presión y dirigirlo a la parte motor de la bomba, el segundo contiene el fluido motriz que accionó a la bomba más el fluido producido por el pozo en su retorno a superficie (llamado espacio anular). Este sistema es el más sencillo y económico, por tal razón las bombas hidráulica, Oilmaster y Kobe trabajan bajo estas condiciones. Además por que permite inyectar aditivos químicos al fondo del pozo, como también inhibidores de corrosión, incrustación y parafina, los mismos que ayudarán a extender la vida útil del equipo de subsuelo; cuando los fluidos producidos tienden a formar emulsiones dentro del pozo, puede añadirse demulsificante al fluido motriz. 30

49 FIGURA No 7 DIAGRAMA DE UN SISTEMA DE FLUIDO MOTRIZ ABIERTO Fuente: SERTECPET 31

50 SISTEMA DE FLUIDO MOTRIZ CERRADO ÚNICO PARA BOMBA TIPO PISTÓN Como dice National Oilwell, en su libro Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. Pág. 8. En un sistema de fluido motriz cerrado (CPF, CLOSE POWER FLUID) no se permite que el fluido producido se mezcle con el fluido motriz en ninguna parte del sistema, se requiere de una sarta adicional de tubería tanto dentro del pozo como en superficie; una sarta para transportar la producción hasta la batería de tanques y otra para que retorne el fluido motriz que ya cumplió su función en el fondo del pozo hasta el tanque respectivo para volverse a presurizar y recircular. Es un sistema muy costoso y de complejo diseño. Es recomendable para cuando los fluidos producidos son extremadamente abrasivos o corrosivos. Es recomendable este sistema para plataformas marinas y en algunas instalaciones industriales. Para las bombas de subsuelo diseñadas para trabajar con este sistema el mayor inconveniente a tenerse es en el fluido motriz, por que el fluido motriz no seguirá limpio indefinidamente aunque se tengan todas las precauciones y cuidados que el caso requiere. 32

51 2.3. MÉTODOS DE ACONDICIONAMIENTO DE FLUIDO MOTRIZ EN SUPERFICIE Antes de describir los diferentes sistemas de acondicionamiento de fluido motriz revisaremos cual es la función tan fundamental que cumple este FLUIDO MOTRIZ. Como dice Kobe INC, en su libro Introducción al Bombeo Hidráulico, Pág.2. En el bombeo hidráulico, la generación y transmisión de energía requerida para levantar el petróleo hasta la superficie, se lo realiza mediante un fluido conocido como fluido motriz, el cual es inyectado a presión mediante una unidad de potencia a través de una tubería. Este fluido motriz puede ser agua o petróleo. La calidad del fluido motriz, especialmente el contenido de sólidos, es un factor importante en la vida útil de la bomba y en los costos de reparación. La pérdida de fluido motriz en la sección motriz de la bomba son una función del desgaste causado por los sólidos abrasivos y la viscosidad del fluido motriz. El contenido admisible de sólidos varía en cierto grado, según la definición de vida útil aceptable de la bomba y también según la viscosidad, pero un valor de 10 a 15 ppm es generalmente aceptable para petróleos de 30 a 40 API. 33

52 Para petróleos más densos hay mayor desgaste admisible y, consecuentemente, mayor tolerancia de sólidos, mientras que, para agua, usualmente hay menor desgaste y menos sólidos admisibles SISTEMA DE ACONDICIONAMIENTO EN EL CABEZAL DEL POZO. Como dice M. Wilson Kobe, INC en su libro Introducción al bombeo hidráulico.pág. 5: Una planta de energía para el lugar donde se encuentra el pozo, es un paquete completo de componentes, instalado en el pozo o cerca de él que cumple las mismas funciones que sistema de fluido motriz centralizado. Es decir que proporciona fluido motriz limpio, sin gas, a una presión adecuada para la bomba triplex y la de subsuelo. Los componentes básicos son: un separador horizontal, un separador vertical, una o más centrífugas ciclónicas (desarenadoras) para eliminar los sólidos una bomba de fluido motriz en superficie. Estas unidades son portátiles, requieren un mínimo de mano de obra y materiales para su instalación y eliminan la necesidad de la planificación detallada y a largo plazo que se requiere para un sistema central. Son bastantes versátiles y pueden proporcionar acondicionamiento del fluido motriz para más de un pozo. Las unidades de fuerza y acondicionamiento en el sitio del pozo siempre se lo utilizan como una configuración abierta de la tubería del fluido motriz. Estas unidades tienen una característica que es similar a un sistema central cerrado: el fluido motriz se contiene en el sitio de pozo. Toda la producción y únicamente una 34

53 pequeña porción del fluido motriz de las desarenadoras ciclónicas se mandan por la línea de flujo hasta la batería del tanque. Así, se simplifica la comprobación del pozo, y el fluido motriz no aumenta las cargas sobre las instalaciones superficiales de tratamiento en la batería de tanques. Este sistema se utiliza en la actualidad para las evaluaciones de pozos SISTEMA DE ACONDICIONAMIENTO DE FLUIDO MOTRIZ CENTRALIZADO (FIGURA 8). Consta de un separador, una bota de gas, un tanque de decantación similar al tanque de lavado, un tanque de surgencia y las bombas de fluido motriz. Un sistema centralizado para acondicionar el fluido motriz trata dicho fluido para uno o más pozos, para eliminar el gas y sólidos en un solo lugar. El fluido acondicionado se presuriza mediante una poderosa bomba a pistón y luego pasa por un distribuidor, para luego dirigirse hacia el o los pozos del sistema. El diseño del sistema de tratamiento supone que, los separadores normales y tratadores térmicos han entregado un petróleo casi libre de gas, de la calidad que sería usual en el tanque de almacenamiento para el sistema de tratamiento. 35

54 Como dice M. Wilson Kobe, en su libro Introducción al bombeo hidráulico. INC.Pág.4: El tanque de decantación para el fluido motriz en este sistema usualmente mide 24 pies de alto, con tres anillos empernados. Un tanque de tal altura generalmente proporciona una caída suficiente para el flujo por gravedad del fluido desde el tanque hasta la succión de la bomba de carga. El tamaño del tanque de fluido motriz, se determina según el caudal requerido. El tanque de fluido motriz no debería hacer más de tres ciclos completos de rotación al día. El propósito básico del tanque de decantación es separar los sólidos del fluido motriz que no hayan sido eliminados del sistema de flujo continuo por el separador de producción. Entonces, se lo utiliza como fuente de fluido motriz para la bomba en el fondo del pozo. En un tanque de fluido estático, todo material extraño que sea más pesado que el fluido en sí tiene que asentarse en el fondo. Algunas partículas, como por ejemplo, la arena muy fina, caerán más lentamente que los sólidos más pesados. Estos factores, más los relacionados con la resistencia por viscosidad, influyen en el ritmo de la separación. 36

55 Sin embargo, con el tiempo, todos los sólidos y líquidos más pesados han de asentarse, dejando una capa de fluido limpio. En un sistema real de fluido motriz no es práctico, ni tampoco es necesario, contar con el suficiente espacio en el tanque para ésta decantación bajo condiciones totalmente estáticas. Más bien, el tanque debe permitir el retiro continuo y automático del caudal requerido. Se logra una decantación suficiente bajo estas condiciones cuando el flujo hacia arriba pasa a través del tanque de decantación que se mantiene a una velocidad apenas inferior a la velocidad de caída de los materiales contaminantes. 37

56 FIGURA No 8 SISTEMA CENTRALIZADO DE FLUIDO MOTRIZ Fuente: Dresser Oil tool 38

57 SISTEMA UNIDRAULIC DE UN RECIPIENTE El petróleo, el gas y el agua que produce más el fluido motriz regresan del pozo (línea verde) hacia el recipiente almacenador del conjunto unidraulic, en el recipiente se realiza la separación por gravedad del petróleo, el agua (línea azul) y el gas libre (línea amarilla) producidos por el pozo se descargan en la línea de flujo como muestra la figura 9. Como dice National Oilwell en su libro Hydraulic Artificial lift. Pág. 10. En el depósito siempre se mantiene una reserva de fluido motriz, el fluido pasa después a la bomba de carga el cual eleva la presión para que pase al sistema del ciclón limpiador, en este al fluido se le extraen las partículas sólidas las cuales se descargan por debajo e inmediatamente pasan a la línea de flujo. El fluido motriz (línea anaranjada) pasa del rebosadero (parte superior del hidrociclón) del ciclón a la bomba triple de émbolos buzos; el fluido que descarga la bomba a alta presión (línea roja) va pozo abajo para impulsar la bomba hidráulica. 39

58 FIGURA No 9 CIRCUITO DE FLUJO DEL SISTEMA UNIDRAULIC DE UN RECIPIENTE Fuente: National Oilwell. 40

59 CONTROLES DEL SISTEMA. En el recipiente almacenador la presión la establece una válvula de contrapresión situada a la descarga de la línea de flujo, esta válvula se gradúa para que mantenga constantemente una presión más alta que la de la línea de flujo. El nivel del líquido en el recipiente lo controla una sencilla tubería de descarga por gravedad de ese modo, del depósito no puede pasar fluido a la línea de flujo sino cuando el nivel del líquido es el prescrito. Cuando se escoge petróleo producido como fluido motriz, el agua de producción se descarga preferentemente en la línea de flujo por la salida del fondo del recipiente a fin de mantener en el depósito suficiente petróleo para fluido de inyección. Si se escoge agua como fluido motriz el petróleo pasa de preferencia a la línea de flujo por una salida situada cerca del tope del recipiente, queda así en el recipiente suficiente agua para suministro de fluido motriz. Las presiones diferenciales del ciclón son críticas para lograr mantener constantemente una limpieza eficiente del fluido motriz. La bomba de carga asegura la debida presión de entrada, a la vez que es un limitador de flujo, suministra la contrapresión requerida en la salida a la línea de flujo. Una válvula de presión diferencial controla el rebosadero del ciclón y provee adecuada presión de succión a la triple. Los volúmenes que descarga la bomba de émbolos buzos controla la velocidad de la bomba en el subsuelo. 41

60 Como dice National Oilwell en su libro Hydraulic Artificial lift. Pág. 11. Los sistemas unidraúlicos también se pueden equipar con transmisiones de cuatro velocidades, la cual optimiza el rendimiento de la bomba triple para acomodarla a las cambiantes necesidades del sistema del pozo. Esto puede significar menos consumo de HP y ahorro de energía más substanciales en las operaciones de producción. El sistema limpiador de un solo recipiente utiliza un tanque cilíndrico horizontal para almacenar continuamente fluido motriz y suministrarlo a la bomba de carga, la cual lo presuriza y lo carga al hidrociclón. Este remueve las partículas sólidas y el fluido motriz limpio pasa a la succión de la bomba de émbolos buzos. El recipiente es diseñado bajo norma ASME y tiene un recubrimiento interno de material epóxico de alquitrán de hulla de 0,012 pulgadas de espesor para protegerlo de la corrosión. Tiene acceso de inspección elíptico, mirillas de vidrio con grifos medidores automáticos y válvula de alivio pregraduada. Las válvulas de control y tuberías principales tienen conexiones bridadas o soldadas. La bomba de émbolos buzos es la clave del sistema de fuerza hidráulica la misma que transmite el fluido presurizado al pozo. Esta bomba tiene cilindros de aluminio - bronce anticorrosivo y se puede equipar con émbolos buzos revestidos con carburo de tungsteno y empaquetaduras pregraduadas cargadas a resorte, o con sellos de metal a metal. 42

61 Todos los depósitos de lubricantes están protegidos de paro por alto o bajo nivel. A opción se puede seleccionar arreglos alternos de motor eléctrico con transmisión de correa o conectado directamente con un reductor de engranajes, es posible agregarle también transmisión de cuatro velocidades SISTEMA UNIDRAULIC DE DOS RECIPIENTES (FIGURA 10) Como dice National Oilwell, en su libro Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. Pág. 12. El petróleo, el gas y el agua que produce más el fluido motriz regresan del pozo (línea verde) hacia el recipiente almacenador del conjunto unidraulic, en el recipiente ocurre la separación inicial por gravedad: el gas libre y los líquidos sobrantes descargan en la línea de flujo. Los demás fluidos se cargan a presión al sistema limpiador del ciclón. En este ocurre la separación forzada por gravedad y los fluidos se descargan por la tubería del fondo saliendo a la línea de flujo (línea azul). El fluido motriz limpio (línea anaranjada) pasa del rebosadero (parte superior del hidrociclón) del ciclón al tanque de depósito donde ocurre la separación final. En el tanque se mantiene una reserva del fluido motriz limpio (agua o petróleo) y los demás fluidos producidos (línea azul) y el gas (línea amarilla) pasan a la línea de flujo. Del tanque el fluido motriz (línea anaranjada) pasa a la succión de la bomba de émbolos buzos. El fluido de descarga que descarga la bomba a presión (línea roja) va al pozo para impulsar la bomba hidráulica. 43

62 FIGURA No 10 CIRCUITO DE FLUJO DEL SISTEMA UNIDRAULIC DE DOS RECIPIENTES Fuente: National Oilwell. 44

63 CONTROLES DEL SISTEMA En el recipiente almacenador la presión la establece una válvula de contrapresión situada a la descarga de la línea de flujo, esta válvula se gradúa para que mantenga constantemente una presión más alta que la de la línea de flujo. Una válvula de presión diferencial situada en la línea de descarga por gravedad del acumulador mantiene la debida diferencia de presión entre el acumulador y el depósito. Dicha válvula de importancia crítica para que el ciclón limpie bien el fluido y asegure que este permanezca constante la presión de succión, a tiempo que un limitador de flujo provee la contrapresión requerida en el rebosadero del ciclón. El nivel del líquido en el recipiente lo controla una sencilla tubería de descarga por gravedad de ese modo, del depósito no puede pasar fluido a la línea de flujo sino cuando el nivel del líquido es el prescrito. Cuando se escoge petróleo producido como fluido motriz, el agua de producción se descarga preferentemente en la línea de flujo por la salida del fondo del recipiente a fin de mantener en el depósito suficiente petróleo para fluido de inyección. Si se escoge agua como fluido motriz el petróleo pasa de preferencia a la línea de flujo por una salida situada cerca del tope del recipiente, queda así en el recipiente suficiente agua para suministro de fluido motriz. 45

64 Como dice National Oilwell en su libro Hydraulic Artificial lift. Pág. 14. La velocidad de la bomba situada en el pozo abajo la controla los volúmenes que descarga la bomba de émbolos buzos. Dichos volúmenes se pueden graduar mediante la válvula de derivación del fluido motriz, la cual pasa el exceso de fluido a la línea de descarga del pozo, para que la retenga el sistema. Los sistemas Unidraulic también se pueden equipar con transmisión de cuatro velocidades, la cual optimiza el rendimiento de la bomba triple para acomodarla a las cambiantes necesidades del sistema del pozo. Eso puede significar menos consumo de HP y ahorros de energía más substanciales en operaciones de producción PRINCIPALES ELEMENTOS DEL CONJUNTO DE FONDO. Se diseñará una completación de fondo para cada pozo en particular esto es dependiendo del número de las arenas productoras, consecuentemente irán el número de empacaduras, camisas y la cavidad Oilmaster o Kobe; enunciaremos cada uno de sus componentes como se ve en la figura 11: 46

65 FIGURA No 11 CONJUNTO DE FONDO Fuente: National Oilwell TUBING. Es la sarta de tubos que se encuentran instalados desde la superficie hasta el fondo del pozo, son tubos de alta presión (hasta 8000 psi, dependiendo de la cédula a utilizar) a través de ella se inyecta el fluido motriz a la bomba, cada tubo tiene 32 ft de longitud aproximadamente, en nuestro país los tubing más utilizados son de 3½, 2 7/8 y 2 3/8. 47

66 TUBERÍA DE REVESTIMIENTO. Casing, es la tubería que va cementada a las paredes del pozo, a las profundidades hasta donde se instalará todo el conjunto de fondo se tienen diámetros de 5½ y 7, es en el diámetro interior ID del casing donde se mezclan los fluidos inyectado - producido y de esta forma circulan hasta superficie. En nuestro país debido a la longevidad de los casing estos han ido perdiendo su capacidad de resistencia sobre todo por la corrosión consecuentemente es limitada su resistencia a altas presiones (± 1500 psi) CAVIDAD. Como dice National Oilwell en su libro Manual de operaciones. Pág. 20. Es un conjunto de extensiones, camisas y acoples con agujeros dispuestos de manera especial para determinado tipo de bomba (pistón o jet), en el interior de la cavidad se aloja la bomba destinada a trabajar, cuando la bomba se encuentra alojada en la cavidad se tienen sellos que delimitan cámaras entre bomba y cavidad apropiadas para cada función y recorrido del fluido. La cavidad posee alrededor de ella agujeros en lugares destinados al paso del fluido. Independientemente del tipo de bomba los agujeros en el extremo inferior son utilizados para la extracción de la bomba. La bomba jet utiliza tres de los lugares agujereados. Cuando por algún motivo (corte de fluido sellos de cavidad) debe ser retirada la cavidad, obligatoriamente se tiene que sacar con toda la sarta de tubería y se tiene que utilizar una unidad de reacondicionamiento. 48

67 AISLADORES DE ZONAS O PACKERS. Son elementos cuyo mecanismo mecánico o hidráulico hacen que sellen las paredes del casing y el tubing, aislando independientemente de esta forma las arenas productoras CAMISAS. Son herramientas que van colocadas directamente en el intervalo de la zona o arena productora y que tiene como objetivo permitir que solo el fluido de la zona o arena en que dicho elemento se encuentra ingrese a través de él y llegue hasta la cavidad; estas herramientas tienen la particularidad de abrirse o cerrarse con la ayuda de una herramienta auxiliar llamada Shifing tool VÁLVULA DE PIE O STANDING VALVE (FIGURA 12). Como dice National Oilwell en su libro Hydraulic Artificial lift. Pág. 22. Esta herramienta se aloja en el extremo inferior de la cavidad (seating ring), son necesarios en sistemas abiertos para crear el efecto U y prevenir que el líquido que está circulando regrese de nuevo al reservorio. Esta válvula puede ser recuperada con una unidad auxiliar de wire line. Cuando el pozo está produciendo, sirve de asiento para las bombas. 49

68 FIGURA 12 STANDING VALVE PUMP SEAT PLUG DRAING BALL & SEAT Fuente: National Oilwell BOMBAS FALSAS. Son corridas para taponar los orificios de la cavidad, se utilizan para realizar pruebas en el fondo de la completación, asentamiento de empacaduras, chequeo de tubería, realizar tratamientos a las formaciones, para realizar pruebas de inyectividad y admisión. 50

69 TIPOS DE SISTEMAS DE SUBSUELO Existen los siguientes tipos de sistema: El sistema de bomba libre, sistema de bomba fija SISTEMA DE BOMBA LIBRE (FIGURA 13) Como dice National Oilwell, en su libro Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. Pág. 20. No requiere de unidad especial para correr y reversar la bomba, esta bomba se desplaza dentro de la sarta de tubería del fluido motriz. Para colocar la bomba o correr la bomba Oilmaster o Kobe, se inserta en la sarta de la tubería en la superficie y se la hace circular hasta el fondo, donde se la aloja en el conjunto de fondo (BHA) o también conocido como cavidad. Para recuperar la bomba Oilmaster o Kobe, se inyecta fluido motriz por el espacio anular, esta inyección de fluido invertida hace que accione la válvula de pie (Standing valve) y se presurice en el fondo desasentando la bomba de la cavidad, la presión queda atrapada en las copas que tiene la bomba en la parte superior y de esta forma permite circular hasta superficie para ser reemplazada.; en ciertos casos se requiere de una unidad especial swab para recuperarla. Es una ventaja este sistema de bomba libre por cuanto permite cambiar o reemplazar equipos sin necesidad de una unidad de reacondicionamiento. 51

70 FIGURA No 13 BOMBA LIBRE Fuente: National Oilwell SISTEMA DE BOMBA FIJA La bomba de fondo se coloca con la tubería de fluido motriz y se coloca en el pozo como una parte integral de dicha sarta, cuando falla el equipo se tiene que cambiar utilizando una unidad de reacondicionamiento. 52

71 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL BOMBEO HIDRÁULICO VENTAJAS DEL BOMBEO HIDRÁULICO Con el sistema de levantamiento artificial hidráulico se puede producir grandes caudales desde mayores profundidades, esto es con relación a las bombas de varillas, el gas lift, o una bomba electro sumergible Mediante el sistema de levantamiento hidráulico se puede dar gran flexibilidad para adaptarse a los cambios de caudales de producción. Salvo casos extremos las bombas hidráulicas para su cambio requieren de torre (reacondicionamiento W.O.) Las bombas Pistón tienen mejores eficiencias a grandes profundidades que una bomba de varillas por que no existe el problema del estiramiento de la sarta. Todas las bombas hidráulicas pueden accionarse desde una sola fuente de fluido motriz. Las bombas jet manejan con facilidad grandes relaciones de gas y petróleo. Dentro de las bombas hidráulicas son las bombas jet las que menor mantenimiento requieren por su reducido número de partes, además estos equipos se los puede reparar en la locación. 53

72 Con las bombas jet se puede producir altos volúmenes y además pueden manejar sólidos dentro de su producción DESVENTAJAS DEL BOMBEO HIDRÁULICO El complejo diseño de las bombas pistón hace que la operación de trabajo sea la adecuada y el asesoramiento técnico constante para optimizar la durabilidad (tiempo de vida) de los equipos de subsuelo. La reparación de las bombas pistón se las tiene que realizar en un taller adecuado con los aparatos de control y calibración exactos para chequear las tolerancias de cada una de sus partes. Como se trabaja con presiones de operación altas hace que el trabajo se lo realice con gran meticulosidad ya que una mala operación puede acarrear problemas con consecuencias graves. Para una eficiente operación de las bombas hidráulicas se requiere que el fluido motriz sea limpio. Cuando los pozos producen con una bomba jet, adicionalmente el BSW (%) es alto tendremos mayor consumo de químicos (demulsificante), las unidades de power oil trabajarán a mayores revoluciones por minuto por lo tanto se consumirá mayor cantidad de combustible. 54

73 CAPÍTULO III 55

74 3. INTRODUCCIÓN BOMBA JET. Una vez mencionado las generalidades del bombeo hidráulico, sus componentes básicos de fondo y superficie, como se presenta en el anterior capítulo es necesario estudiar el funcionamiento del bombeo hidráulico tipo jet para pruebas de pozo lo cual es el objetivo del presente trabajo Como dice SERTECPET, en su Manual de Operación. Pág. 2. El bombeo hidráulico tipo chorro fue usado por primera vez con agua y se le acreditó a James Thompson en el año 1852 en Inglaterra. J. M. Rankine desarrolló la teoría del bombeo jet en Posteriormente fueron elaborados trabajos teóricos por diferentes investigadores incluyendo notablemente a Lorenz (1910). Gosline y O Brien desarrollaron un trabajo en 1933, con una discusión teórica basada en pruebas de laboratorio. La acción de la bomba jet esta dada por la trasferencia de energía que existen entre el fluido motriz y producido, no tiene partes móviles, estas no tienen un acabado superficial fino, y toleran los abrasivos y la corrosión de los fluidos del pozo. Pueden producir menos de 50 BFPD (Barriles de fluido por día) hasta más de BFPD. Volúmenes significativos de gas libre pueden ser manejados sin el desgaste excesivo que se presenta en las bombas de desplazamiento positivo el golpeteo de entrada que existe en las bombas centrífugas, no hay vibración. 56

75 Las bombas Jet son ideales para usar con medidores de presión para monitorear las presiones de fondo fluyente a diferentes tasas de flujo. Debido a la gran velocidad de la mezcla, se produce una significativa turbulencia y fricción en la bomba provocando que baje la eficiencia de la misma, es por esta razón que para operar un equipo de subsuelo de esta naturaleza se requiere de mayor potencia en la superficie PARTES DE UNA BOMBA JET Como se puede ver en la figura 14 las partes principales con los que consta una bomba hidráulica tipo jet son: Nozzle. Garganta. Difusor. Espacio anular. 57

76 FIGURA No 14 SISTEMA GENERAL DEL BOMBEO HIDRÁULICO OILMASTER Fluido de Inyección Tubería (tubing) Tubería de revestimiento (Casing) Nozzle Garganta Difusor Fluidos mezclados Fluidos del pozo Fuente: National Oilwell. 58

77 NOZZLE (FIGURA 15). Como dice National Oilwell, en su libro Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. Pág. 29. El fluido motriz a alta presión pasa a través del nozzle donde la energía potencial es convertida en energía cinética en la forma de fluido a gran velocidad. Los fluidos del pozo rodean al fluido motriz en la punta del nozzle que está espaciado de la garganta. La garganta y el nozzle son construidos de carburo de tungsteno o de materiales cerámicos GARGANTA (FIGURA 15). La garganta es un agujero cilíndrico recto de 7 radios de largo con un borde de radio suavizado. El diámetro de la garganta es siempre mayor que el de la salida del nozzle, lo que permite que el fluido motriz entre en contacto con el fluido del pozo en la garganta, el fluido motriz y el fluido producido se mezclan y al momento es transferido del fluido motriz al producido provocando que la energía se eleve en este último. Al final de la garganta los dos fluidos están íntimamente mezclados, pero todavía se encuentran a gran velocidad y la mezcla posee una energía cinética significativa. Las bombas Jet son propensas a la cavitación en la entrada de la garganta a bajas presiones de admisión de la bomba (Intake). 59

78 DIFUSOR (FIGURA 15). El fluido mezclado entra a un difusor que convierte la energía cinética en presión estática debido a que baja la velocidad del fluido, en este punto la presión del fluido es suficiente como para alcanzar la superficie. FIGURA No 15 BOQUILLA, GARGANTA, DIFUSOR Y ESPACIADOR. Fuente: SERTECPET. 60

79 3.2. DESIGNACIÓN DE UNA BOMBA JET OILMASTER Y KOBE Existen tres modelos de bombas jet OILMASTER y un solo modelo de jet en la marca Kobe. a) Jet 3 x 54 b) Jet 3 x 48 OILMASTER c) Jet 2½ x 48 d) Jet 3 KOBE e) Jet 2½ Se designan de la siguiente manera como se ve en la tabla No 1: Tabla No 1 DESIGNACIÓN DE UNA BOMBA JET OILMASTER Y KOBE GEOMETRIA DIÁMETRO NOZZLE DIÁMETRO GARGANTA A - N N-1 A N N B N N+1 C N N+2 D N N+3 E N N+4 Fuente: National Oilwell. 61

80 3.3. CARACTERÍSTICAS DEL TRABAJO. La relación entre el área del nozzle y el área de la garganta, es una variable importante, porque determina el intercambio entre la cabeza producida y la taza de flujo. La figura 16 muestra al nozzle y la garganta. FIGURA No 16 MUESTRA AL NOZZLE Y LA GARGANTA Fuente: National Oilwell. 62

81 Donde: Pps = Presión del fluido de succión Pn = Presión del nozzle Ppd = Presión del fluido de descarga por el difusor qs qn = Caudal de succión = Caudal de inyección por el nozzle qd = Caudal de descarga por el difusor An = Área del nozzle At = Área de la garganta As = Área de succión. Si para un nozzle dado se selecciona una garganta de modo que el área del nozzle An sea del 60% del área de la garganta At, existirá una producción grande y un bombeo lento de la bomba, el área As como se ilustra en la figura anterior (chorro que sale del nozzle), sirve para que los fluidos del pozo pasen, esto provoca tasas de producciones bajas comparadas con las tasas de fluido motriz debido a que la energía del nozzle es transferida a una pequeña cantidad de producción, existirán grandes producciones. Si para un nozzle dado se selecciona una garganta, de modo que el área An sea el doble del área de la garganta At, existirá mucho más flujo para el área An. Sin embargo como la energía del nozzle es transferida a una producción más grande que la tasa del fluido motriz, existirá una producción más baja. Cada conjunto de nozzle y garganta tiene su curva de rendimiento 63

82 RELACIONES NOZZLES/THROAT EN VOLUMEN Y PRESIÓN (FIGURA 17). Como dice National Oilwell, en su libro Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. Pág. 30. Tanto boquillas como gargantas Kobe y Oilmaster utilizan una estricta progresión de diámetro y orificios. La progresión establece áreas de relaciones entre la boquilla y diferentes gargantas. Al establecer una boquilla seleccionada con el mismo número de garganta se tendrá siempre la misma relación de área: para Oilmaster y para Kobe, esto se denomina relación A, sucesivamente mayores gargantas seleccionadas con una misma boquilla, se tendrán relaciones B, C, D y E. La relación de área comúnmente usada oscila entre (A) y (C). Relaciones mayores de áreas a son usados normalmente en pozos de gran profundidad con altos levantamientos o solamente cuando es baja la presión del fluido motriz disponible, pequeñas áreas anulares son más propensas a cavitación. 64

83 FIGURA No 17 RELACIONES NOZZLES/THROAT EN VOLUMEN Y PRESIÓN Fuente: National Oilwell RELACIÓN VOLUMEN / PRESIÓN NOZZLES/THROAT Como dice National Oilwell, en su libro Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. Pág. 33. Relaciones mayores de áreas a son usados normalmente en pozos de gran profundidad con altos levantamientos o solamente cuando es baja la presión del fluido motriz disponible, pequeñas áreas anulares son más propensas a cavitación. 65

84 Relaciones de áreas menores a (C, D, E) son usadas en pozos pocos profundos o cuando es muy baja la presión de intake, se requiere de una mayor área anular para que pase el fluido reduciendo el potencial de cavitación. Las mayores relaciones de áreas (A, X (A-)) son instaladas para altos levantamientos pero esto es solamente aplicable con relaciones de producción menores que la relación de fluido motriz. Las pequeñas relaciones de área (C, D, E) revelan menor cabeza pero pueden producir más fluidos que el usado como fluido motriz RELACIÓN ENTRE LA PRESIÓN Y LA VELOCIDAD DEL FLUIDO MOTRIZ. Como dice National Oilwell, en su libro Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. Pág. 35. El rendimiento de las bombas jet depende en gran medida de la presión de descarga que a su vez es influenciado por la tasa gas / líquido en la columna de retorno hacia la superficie valores grandes de gas / líquido reducen la presión de descarga La cantidad de fluido motriz depende del tamaño del nozzle y la presión de operación, a medida que la presión del fluido motriz aumenta, el poder de levantamiento de la bomba aumenta, la taza de fluido motriz adicional hace que el gas / líquido disminuya, provocando que aumente el levantamiento efectivo. 66

85 3.4. BOMBAS HIDRÁULICAS TIPO JET PARA EVALUACIÓN DE POZOS Para realizar las pruebas de producción de pozos, en desarrollo, recién perforados, exploratorios, se cuenta con dos sistemas de prueba, evaluación con equipo de subsuelo (Bomba Jet Slanding Slevee) y evaluaciones con unidad M.T.U EVALUACIÓN CON UNIDAD M.T.U. (Unidad de prueba de producción portátil) La Unidad de prueba de producción portátil es un paquete probado en el campo de la evaluación de los niveles de producción de un pozo, con esta unidad obtenemos datos exactos de las pruebas para posteriormente diseñar el sistema de extracción artificial. Esta unidad montada en un remolque se transporta fácilmente de un pozo a otro, la misma está dotada de tubería, valvulería, accesorios del cabezal de pozo. Consta de un separador trifásico con una capacidad de almacenamiento de 30 Bls., válvula de seguridad, mirillas de control de nivel, línea auxiliar para desalojo de gas línea de alimentación de la bomba triplex, línea de retorno al pozo, turbinas de control de caudal. Una bomba triple de 200 HP de potencia con una capacidad de bombeo de 2350 Bls/Día y una presión máxima presión de 4100 PSI., a esta bomba triple está incorporado un reductor de velocidades de , como también una bomba búster para el incremento de succión de la bomba, dos vasos o ciclones para limpieza del 67

86 fluido motriz, control de presiones de succión y de descarga mediante manómetros como se observa en la figura 18. FIGURA No 18 UNIDAD MÓVIL PARA EVALUACIÓN DE POZOS. Motor Bomba Separador Transportador de Tubería de inyección y Hidrociclon Fuente: National Oilwell. La unidad M.T.U. consta también de un motor Caterpillar modelo 3306 Turbo con embrague y acople a la triplex; el panel de control tiene sensores de seguridad con conexiones al motor Caterpillar y la bomba triplex controlando presiones máximas y mínimas de succión y descarga. 68

87 Cuando se evalúan pozos en donde por sus propias condiciones se necesita inyectar al fluido motriz químicos, este equipo facilita la operación ya que consta de una bomba neumática ANÁLISIS Y DIFERENCIAS ENTRE BOMBA JET CONVENCIONAL Y JET REVERSA A continuación se describe el análisis y luego las diferencias ANÁLISIS COMPARATIVO DE LA BOMBA JET CONVENCIONAL CON LA BOMBA JET REVERSA (FIGURA 19). Para este análisis se ha tomado en cuenta la estructura de cada bomba, la posición de boquilla y garganta y la vía de inyección del fluido motriz. La ubicación de la boquilla y garganta es diferente en los dos tipos de bombas. La vía de inyección del fluido motriz cuando se usa una bomba jet reversa es por el anular (el fluido ingresa por la parte inferior de la bomba) y el fluido motriz de producción retorna por el tubing. En este caso la boquilla se encuentra abajo y la garganta arriba. La vía de inyección con la bomba jet convencional es por el tubing (fluido motriz ingresa por la parte superior de la bomba) y el fluido motriz de producción retorna por el espacio anular. En este caso la boquilla esta arriba y la garganta abajo. Los resultados en superficie se obtienen en menor tiempo cuando se usa la bomba jet reversa. La inyección del fluido motriz por el anular tiene que desplazar el fluido contenido en el tubing que es de menor volumen que el fluido contenido en el anular, 69

88 de tal forma que en superficie se obtiene el fluido de producción en menor tiempo. La bomba jet convencional se baja y se recupera hidráulicamente, mientras que la bomba jet reversa se baja y se recupera con Wire Line. FIGURA No 19 BOMBA JET CONVENCIONAL Y BOMBA JET REVERSA. Fuente: National Oilwell. 70

89 DIFERENCIAS ENTRE LA BOMBA JET CONVENCIONAL Y LA BOMBA JET REVERSA BOMBA JET CONVENCIONAL Esta bomba se desplaza hidráulicamente Los resultados de las pruebas se realizan en mayor tiempo Estas bombas se recuperan hidráulicamente La inyección del fluido motriz se realiza mediante el tubing Tiene presiones altas de operación BOMBA JET REVERSA Esta bomba se desplaza con Wire Line Los resultados se obtienen en menor tiempo Esta bomba se recupera con Wire Line La inyección del fluido motriz se lo realiza mediante el casing Las presiones de operación son bajas 71

90 3.6. PROBLEMAS EN LA BOMBA JET Los siguientes son problemas causados por la cavitación CAVITACIÓN EN BOMBAS JET Debido a que la producción es acelerada hasta una velocidad (200 a 300 pie/seg.) para entrar a la garganta, la cavitación es un problema potencial, la presión estática del fluido cae hasta llegar a la presión de vapor del fluido a altas velocidades. Esta presión baja causa que se formen las cavidades bajas de vapor (cavitación), esto provoca choques de fluido en la garganta por lo que la producción no se puede aumentar a la presión de entrada de la bomba aún cuando la tasa de fluido motriz y la presión sean incrementadas. Se puede manifestar que con una tasa de flujo cercana a cero, desaparece la cavitación debido a que las velocidades del fluido son bajas. Sin embargo, bajo estas condiciones la diferencia de velocidades que existe entre el jet (chorro que sale del nozzle) y el fluido producido, hace que se produzca una zona de corte en los límites de los dos fluidos. Esta zona de corte entre los fluidos genera vórtices (torbellinos) que tienen una presión reducida, por lo tanto se forman cavidades de vapor en el alma de los vórtices, permitiendo la erosión de las paredes de la garganta a medida que las burbujas de vapor colapsan debido al decaimiento del vórtice y el aumento de presión en la bomba. 72

91 EJEMPLOS DE CAVITACIÓN Encontramos los siguientes ejemplos EJEMPLO A (FIGURA 20). Cavitación en la entrada de la garganta, es provocadoo por el fluido de producción. Se necesita de un tamaño mayor de garganta, posiblement te el próximo mayor. FIGURA No 20 EJEMPLO A Fuente: National Oilwell EJEMPLO B (FIGURA 21). La cavitación en el extremo inferior de la garganta y entre el difusor es causada por el fluido motriz, usualmente indica menor presión de intake. Solución: disminuir el tamaño de la Garganta y presión de operación. 73

92 FIGURA No 21 EJEMPLO B Fuente: National Oilwell EJEMPLO C (FIGURA 22). Erosión por arena normalmente ocurre en una gran longitud del área desde el extremo de la entrada de la garganta dentro de la sección del difusor de la garganta. FIGURA No 22 EJEMPLO C Fuente: National Oilwell. 74

93 EJEMPLO D (FIGURA 23). El extremo de entrada de la garganta más ancho usualmente causado por el intento de producir más que el área anular lo permite; también por mayores volúmenes de gas. FIGURA No 23 EJEMPLO D Fuente: National Oilwell OTROS PROBLEMAS QUE SE PRESENTAN EN LA BOMBA JET En la bomba hidráulica tipo jet se presentan algunos problemas que se pueden detectar y tomar decisiones oportunas como se menciona en la tabla No 2. 75

94 Tabla No 2 PROBLEMAS QUE SE PRESENTAN EN LAS BOMBAS JET 1.- Aumento súbito en la presión de operación de la bomba (la bomba toma fluido motriz) a) Taponamiento por parafina y obstrucción en la línea de fluido motriz, línea de flujo o válvula. b) Taponamiento parcial en el nozzle a) Correr un tapón soluble de aceite o remover la obstrucción. b) Reverse la bomba y limpie el nozzle. 2.- Cambio lento en la presión de operación (rata de fluido motriz constante) decremento lento en la tasa de fluido motriz, presión de operación constante. a) Taponamiento lento de parafina. b) Garganta o difusor desgastada (posible cavitación) a) Correr un tapón soluble de aceite caliente. b) Reversar la bomba y reparar. 3.- Incremento repentino de la presión de operación (la bomba no toma fluido motriz) a) El nozzle (garganta) completamente taponado. a) reversar la bomba y proceder a limpiar correctamente el nozzle. 4.- Decremento repentino de la presión de operación, rata de fluido motriz constante o incremento súbito de la rata de fluido a) falla del tubing. b) sello de la bomba soplado o nozzle roto a) Realice pruebas para determinar fugas o fisuras en el tubing, sacar el tubing y repararlo. b) Reversar bomba y reparar. 5.- Caída de producción condiciones superficiales normales a) Garganta o difusor gastado. b) Acoplamiento de standing valve o bomba. c) Fuga o taponamiento en la ventilación del gas. d) Condiciones del pozo cambiantes. a) Presión de operación incrementada, reemplace la garganta y el difusor. b) Suba la bomba y chequee. Recuperas standing valve. c) Chequee los sistemas de ventilación de gas. d) Rediseñar la bomba. 6.- La producción no aumenta cuando la presión de operación es aumentada. a) Cavitación en la bomba o producción alta de gas b) Acoplamiento del standing valve de la bomba. a) Presión de operación baja o instale una garganta más grande. b) Reversar la bomba y chequee. Recuperar standing valve. Fuente: National Oilwell. 76

95 3.7. VENTAJAS DE UTILIZAR BOMBAS JET OILMASTER Y KOBE VENTAJAS Con una bomba jet Oilmaster se puede producir hasta BFPD es decir mucho más que la capacidad de cualquier bomba alternativa adecuada. No adolece de problemas de golpes de fluido ni recalentamiento y el gas se puede liberar fácilmente. La bomba jet no tiene partes móviles, puede estar construida de piezas en donde se solucione problemas de producción para pozos altamente corrosivos. Las partículas sólidas abrasivas pasan fácilmente por la bomba jet El recubrimiento de carburo de tungsteno de la boquilla y la garganta tiene larga duración efectiva en pozos de alto contenido de materiales sólidos. Resuelve problemas relacionados con la producción de crudos pesados de alto corte de parafina, con altas temperaturas de fondo de pozo y con pozos de gas invadidos por agua Bajos costos de mantenimiento Adaptabilidad para uso en una camisa deslizante Capacidad de manejar producción con gas. 77

96 VENTAJAS DE USO PRÁCTICO Se adaptan a las cambiantes condiciones del pozo, es decir que se puede trabajar con tasas flexibles de producción. Puede usar agua o petróleo producido como fluido motriz (Escoger según necesidad) Se pueden seleccionar capacidades de los recipientes dependiendo de las escalas de presión para así satisfacer las aplicaciones específicas a afrontar en el pozo. Se puede seleccionar varios tipos de tamaños de bombas de émbolo buzo desde 30 a 625 HP. Selección de motores primarios pudiendo ser estos eléctricos, a gas o diesel VENTAJAS DE OPERACIÓN Facilidad del control del nivel del fluido dentro del recipiente y controles automáticos de presiones, encendido y parada de emergencia. El consumo de energía lo determinan las condiciones del pozo, esto es dependiendo del número de revoluciones a trabajar y la producción del pozo. Se puede inyectar al fluido motriz tratamientos químicos los mismos que nos facilitarán la operación y alargará la vida útil de la bomba. 78

97 DESVENTAJAS La bomba jet requiere de un alto caballaje para trabajar idóneamente En pozos donde se tiene un alto corte de agua se requiere inyectar químicos para bajar emulsión producida por la jet en los tanques de almacenamiento. Tabla No 3 RAZONES PARA PREFERIR BOMBAS PISTÓN O JET # CONDICIONES LIMITANTES DE OPERACIÓN PISTON JET 1 Baja presión de entrada a la bomba Sí No 2 Mala calidad de fluido motriz No Sí 3 Grandes volúmenes Bomba tipo E No Sí 4 Alta relación Gas Petróleo (GOR) No Sí 5 Alta corrosión No Sí 6 Utilización de agua como fluido motriz No Sí 7 Ahorro de potencia (HP) en superficie Sí No 8 Presencia de arena en la formación Sí 9 Presencia de parafina 10 Presencia de escala 11 Pozos profundos Sí Sí 12 Restricción de producción Sí Sí 13 Bajo costo de operación No Sí NOTA: Regulares condiciones de operación Fuente: National Oilwell. 79

98 CAPÍTULO IV 80

99 4. DIMENSIONAMIENTO CON EL SOFTWARE WEATHERFORD PARA DISEÑO Y SELECCIÓN DE BOMBAS HIDRÁULICAS JET OILMASTER Y KOBE Como dice Kobe INC, en su libro Introducción al Bombeo Hidráulico, Pág.50. El Programa para diseño del bombeo hidráulico, permite trabajar en un ambiente de pantallas mejorando la visualización y revisión de los datos ingresados, además de las siguientes propiedades: Permite almacenar los datos ingresados para revisiones futuras, y dejar registrado cada diseño. Tiene una base de datos de los diámetros de combinaciones de boquilla y garganta que permite escoger entre geometrías Oilmaster y Kobe sin cambiar de programa, Realiza un cálculo interno para la determinación del punto de burbuja. Con los datos ingresados, a una determinada tasa de producción obtiene la presión de entrada a la bomba. Recomienda según datos ingresados automáticamente las geometrías que presenta menor tendencia a la cavitación. Con los parámetros obtenidos, presenta la tabla de producción versus presión de fondo fluyente y, con esta se genera gráficamente una curva de rendimiento fluyente con sus siglas en inglés IPR (Inflow performance relationship) 81

100 4.1. EXPLICACIÓN DEL SOFTWARE WEATHERFORD PARA DISEÑO Y SELECCIÓN DE BOMBA JET OILMASTER Y KOBE PARA EL POZO DRAGO I Nombre del pozo: Corrido por: DRAGO I Alfredo Naranjo Fecha: 28 de octubre del 2008 Profundidad vertical de la bomba (Ft) 8500 Longitud del tubing a la bomba (Ft) 8500 Diámetro externo del tubing (NOMINAL) 2.0 / 2.5 / 3.0 / 4.0 / 4.5 Diámetro interno / / / / Diámetro afuera (Paralelo = 0 ) / / 3.5 / 4.0 / 4.5 Diámetro externo del casing (NOMINAL) 5.5 / 6.0 / 7.0 Diámetro interno / / Esta información es correcta? Yes Producción promedio (BFPD) 400 Corte de agua (Decimal) 0.2 Relación gas petróleo Gor (SCF/B) 100 API del petróleo producido 29.1 Gravedad especifica del agua producida 1.04 Presión de entrada a la bomba para la producción deseada Psi. 700 Tipo de fluido motriz (0 / W) O Gravedad API

101 Viscosidad del fluido motriz (CP) 4 MAX. Presión de operación permitida 850 Presión de flujo en la línea de regreso cabeza del pozo 100 Esta información es correcta? Yes Por favor seleccione las opciones del programa para configurar o no configurar las siguientes banderas Bandera 1 NOT SET - La presión de entrada a la bomba es calculada usando tú Presión de operación. SET - La presión de operación es calculada usando tu presión de entrada. SET Bandera 1 YES Por favor seleccione las opciones del programa para configurar o no configurar las siguientes banderas. Bandera 2 NOT SET - Calcula la presión de descarga de la bomba sin gas Entrada verdadera de la presión de descarga con gas. (Si el GOR > 2000 SCF/B o profundidad vertical es < 6000 Ft) 83

102 SET - Calcula la presión de descargas de la bomba con gas Incluyendo efecto de gas lift en la columna de descarga. (GOR < 2000 SCF/B) SET Bandera 2 YES Por favor seleccione las opciones del programa para configurar o no configurar las siguientes banderas. Bandera 3 NOT SET - Programa es diseñado para bomba jet. SET - Programa es diseñado para bomba pistón. SET Bandera 3 NO Mínima boquilla garganta, área anular para evitar cavitación es = Las siguientes bombas jet son los mínimos tamaños en cada proporción que tiene esta área (figura 24). 84

103 FIGURA 24 BOMBAS JET RECOMENDADAS POR EL PROGRAMA Fuente: Software Kobe. 85

104 FIGURA 25 BOMBAS JET OILMASTER Y KOBE SUGERIDAS PARA EL POZO DRAGO I Fuente: Software Kobe TRABAJOS DE OPERACIONES PARA EL ANÁLISIS DEL POZO (FIGURA 30) - Obtener toda la información inherente al pozo a trabajar. - Mantener reunión con el cliente para coordinar trabajo y verificar posible falla en datos obtenidos por ellos. - De ser necesario rediseñar equipo de subsuelo - Chequear parámetros de superficie en el pozo, determinar posible causa de falla. - Verificar eficiencias motor y bomba. - Cambiar equipo de fondo. 86

105 CAMBIO DE BOMBA LIBRE FIGURA No 26 POSICIÓN DE CIRCULACIÓN EN SUPERFICIE 1 Handle bypass V2 V1 Casing 1 Fuente: National Oilwell. - Se reduce el caudal de inyección restringiendo el paso de fluido en el VRF. - Se despresuriza el pozo abriendo el handle (by-pass) giro anti horario. 87

106 - Se cambia la posición de la palanca de la válvula de cuatro vías hacia arriba, posición de circular el pozo, sentido de inyección directa (fluido motriz presurizado válvula de cuatro vías línea de flujo, como lo muestra la FIGURA No 27 POSICIÓN DE CIRCULACIÓN EN SUPERFICIE 2 Palanca Línea de Inyección Línea de flujo Fuente: National Oilwell. 88

107 - Se cierra el casing 1 - Se cambia la posición de la palanca hacia arriba, esto cambia el sentido de inyección (casing - tubing), se controla que la bomba salga de la cavidad, presión máxima de trabajo hasta 1500 PSI. - Cuando la bomba despega de la cavidad el standing valve o válvula de pie ayuda a presurizar y la presión es acumulada en la parte inferior de las copas ayudando a levantar el equipo de subsuelo del alojamiento y posteriormente a conducirlo a través del tubing hasta superficie. - Se calcula la capacidad de la tubería desde la cavidad instalada hasta superficie; ejemplo: Para tubería de 2 7/8 el factor es Bls/pies (capacidad volumétrica) Para una profundidad de 1800 pies Capacidad de llenado: 1800 pies x Bls/pie Capacidad de llenado = Bls - Se realiza la prueba del Standing valve con 1500 PSI durante 20 min., con el mismo sentido de flujo, pero para ello se cierra la válvula de salida de retorno del casing V1. - Si la prueba es OK. Se continúa reversando la bomba como se ve en la figura 28, hasta que llegue a superficie para cambiarla; si esta prueba de standing valve no es satisfactoria, se procederá a solicitar una unidad de pesca para extraerla con una herramienta adecuada para el efecto (pescante). 89

108 FIGURA 28 REVERSANDO BOMBA Fuente: National Oilwell. 90

109 - Luego que se han desplazado 11 Bls aproximadamente se suspende la inyección de fluido y se cierra las válvulas incluida la master para poder colocar el lubricador para de esta forma recibir la bomba en esta herramienta como se muestra en la figura 29, despresurizar, asegurando que no exista contaminación ambiental y garantizando la seguridad del personal y del equipo DESCENSO DE LA BOMBA JET PARA EVALUAR EL POZO. FIGURA 29 DESPLAZAMIENTO DE BOMBA Fuente: National Oilwell. 91

110 - Armar nuevo BHA de producción de fondo de acuerdo al diseño computarizado que se hizo anteriormente. - Se coloca la bomba a ser reemplazada en el lubricador - Se instalan el lubricador en la válvula de 4 vías y las líneas de inyección y retorno en las válvulas de 1. - Luego se cierra la válvula V2 y se abren los Casings. - Se mueve la palanca de la válvula de 4 vías hacia abajo. - Inyectamos 5 Bls para bajar la bomba del lubricador y asegurar que este equipo pasó la válvula master con ello podremos cerrar el pozo, posteriormente cerramos la inyección de fluido, cerramos el pozo, retiramos el lubricador con el equipo auxiliar. - Colocamos todas las válvulas abiertas a excepción de las válvulas de 1 y continuamos inyectando para asentar la bomba. - Una vez asentada la bomba jet continuamos con la pruebas durante 6 horas de producción. 92

111 - Por algunos minutos se regulan los golpes dependiendo de la producción de la arena. - Luego de tomar pruebas PVT recuperamos la bomba jet reversando el fluido motriz y por wire line como se muestra en la figura Recuperamos standing valve con toma muestras PVT. - Finalización de operación. 93

112 FIGURA 30 BOMBA EN OPERACIÓN Fuente: National Oilwell. 94

113 CAPÍTULO V 95

114 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1. CONCLUSIONES: La evaluación en el pozo Drago I es un trabajo muy importante para obtener datos confiables de producción en diferentes presiones dinámicas, BSW, ºAPI y salinidad de la formación, y tomar decisiones oportunas por parte de los departamentos de Producción en este caso PETROPRODUCCIÓN, para trabajos futuros en el pozo. Los datos de producción mencionados se encuentran en el Anexo Nº 4 La bomba Jet 4 C que fue diseñada para realizar la evaluación del pozo drago tiene una eficiencia que está entre los 29 y 31 %. Los datos luego de realizar la evaluación muestran que el pozo está estabilizando entre 371 bls a 364 bls con un corte de agua del 2%. La manera más versátil de realizar pruebas al pozo es con una unidad MTU y bombas JET, debido a que se adapta a casi toda completación de fondo (BHA) y no tiene partes móviles, por ello es el sistema más confiable para pruebas de pozos. Debido a que la bomba jet no tiene partes móviles las únicas partes que están expuestas al desgaste es la boquilla, garganta y pueden ser remplazadas fácilmente en el campo. 96

115 5.2. RECOMENDACIONES: Para no tener daños en la bomba jet por desgaste y conseguir datos confiables en la evaluación es recomendable diseñar un buen sistema de acondicionamiento del fluido motriz en superficie, tomando en cuenta porcentajes de agua, producción de arena, relación gas petróleo, API del petróleo producido, parafinas, etc. El personal que esta encargado de la evaluación del pozo con bomba jet debe estar capacitado en el manejo del equipo de superficie y de fondo para conseguir datos confiables del trabajo. En lugares donde el acceso es difícil es recomendable utilizar una bomba que se pueda recuperar con el mismo fluido y no ser necesario transportar una torre de reacondicionamiento a la locación. Una vez obtenidos los datos de evaluación al pozo se recomienda hacer una estimulación a la formación para aumentar la producción ya que se observó que existe una declinación y puede ser causada por la depositación de escamas y taponamiento de los espacios porosos en la arena productora. 97

116 BIBLIOGRAFÍA: Centrilift, Manual de operaciones. Schlumberger, Pump Training Manual. M. Wilson Kobe, INC.Introducción al bombeo hidráulico. National Oilwell, Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. SERTECPET, Manual de Operación. Ing. Isaías Carrillo, manual de operación de bombeo Hidráulico. PETROECUADOR, operaciones en superficie.pág.3. Kobe INC, Introducción al Bombeo Hidráulico, M. Wilson Kobe, INC. Introducción al bombeo hidráulico. National Oilwell. Hydraulic Artificial lift. Schlumberger, Artificial Lift Configuration. Ing. Corrales, Manual Didáctico para Levantamiento Artificial 1. UTE

117 CITAS BIBLIOGRÁFICAS: M. Wilson Kobe, INC.Introducción al bombeo hidráulico. National Oilwell, Sistemas Oilmaster de Bombeo Hidráulico. SERTECPET, Manual de Operación. Ing. Isaías Carrillo, manual de operación de bombeo Hidráulico. PETROECUADOR, operaciones en superficie. Kobe INC, Introducción al Bombeo Hidráulico, M. Wilson Kobe, INC. Introducción al bombeo hidráulico. National Oilwell. Hydraulic Artificial lift. 99

118 ANEXOS 100

119 ANEXO No 1 TAMAÑOS DE BOQUILLA Y GARGANTA PARA BOMBA JET Fuente: National Oilwell. 101

120 ANEXO No 2 TAMAÑOS NOMINALES DE BOMBA JET CONVENCIONAL Y REVERSA Fuente: National Oilwell. 102

121 ANEXO No 3 GRADIENTE DE PRESIÓN DE FLUIDOS Fuente: National Oilwell. 103