UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

Transcripción

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2 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA CARRERA DE TECNOLOGÍA EN PETRÓLEOS ESTUDIO DEL SISTEMA DE BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET EN EL POZO LIBERTADOR 123 DEL CAMPO LIBERTADOR PARA LA PRODUCCIÓN DE PETRÓLEO EN EL PERÍODO 2010 TESIS DE GRADO Previa la obtención del título de: TECNÓLOGO EN PETRÓLEOS AUTOR: JULIO ALBERTO SÁNCHEZ DÁVILA DIRECTOR: PATRICIO JARAMILLO, ING.MSC Quito Ecuador 2011 II

3 DECLARACIÓN Del contenido del presente trabajo se responsabiliza el autor JULIO ALBERTO SÁNCHEZ DÁVILA Julio Alberto Sánchez Dávila CI: III

4 Quito, DM, Abril del 2011 Sr.Ing.MBA.MSc. Jorge Viteri Moya DECANO FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL Presente: De mi consideración: Me permito informarle que la tesis ESTUDIO DEL SISTEMA DE BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET EN EL POZO LIBERTADOR 123 DEL CAMPO LIBERTADOR PARA LA PRODUCCIÓN DE PETRÓLEO EN EL PERÍODO 2010, realizada por el señor JULIO ALBERTO SÁNCHEZ DÁVILA, previa a la obtención del título de TECNÓLOGO EN PETRÓLEOS, ha sido concluida bajo mi dirección y tutoría siguiendo la normativa institucional vigente, por lo que solicito el tramite subsiguiente. Por la atención a la presente, le anticipo mi agradecimiento. Atentamente, Patricio Jaramillo C. Ing.MSc. DIRECTOR DE TESIS IV

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6 AGRADECIMIENTO Primeramente empezar con agradecer a Dios por mostrarme el camino que seguiré en esta próxima etapa que se avecina en mi vida. De forma muy sincera y con cariño a mi madre Judith B. Dávila O., a mi padre Miguel E. Sánchez C., a mis hermanos, y a mi familia que sin duda al contar con su amor y apoyo incondicional fueron los grandes artífices de este paso que he dado en mi vida. Agradezco a mi Director de tesis, Ing. Patricio Jaramillo por su excelente predisposición al momento de dirigir y desarrollar mi tesis ya que gracias a sus conocimientos, guía y consejos me ha servido para la realización del presente trabajo, a la Universidad Tecnológica Equinoccial por los conocimientos proporcionados a través de determinados profesionales que resaltan la enseñanza de calidad. VI

7 DEDICATORIA Dedico esta tesis a mis queridos padres Judith B. Dávila O., y Miguel E. Sánchez C., que oportunamente con dedicación y esmero supieron confiar en mí y darme su apoyo para poder lograr el presente objetivo, a mis hermanos Miguel y Davis S. que siempre los tengo presentes en los aspectos importantes y decisiones de mi vida. Además dedicar este trabajo al resto de mi familia, amigos y demás personas que de una u otra forma incidieron para que culmine esta primera etapa de mi formación profesional. De manera muy particular para aquella persona que alguna vez pensó no puedo, además tengo temor: de fracasar; al odio; a lo que opinen de mi; a la verdad; al ridículo; al dolor; a que me rechacen; al pasado; al futuro; a la muerte; y al cambio. Hasta que un día comprendió que no debía temer al transcurso del tiempo porque ganaba sabiduría día a día. Que no debía ser mediocre porque se convierte en un cáncer para la sociedad. Que debía intentarlo aunque hubiera grandes posibilidades de fallar porque de lo contrario sería un gran perdedor. Que no debía temer las actitudes negativas, ofensivas y las opiniones de los demás porque de todas formas hablarían pero lo más importante solo escuchar si logra pasar por las tres rejas: la de la verdad, Es importante?, Es perjudicial para mí? Que tenía que saber la verdad porque las mentiras son el alma de la hipocresía. Que es mejor reírse de sí mismo cuando se hace el ridículo. Que sin el dolor, sacrificio y el sufrimiento es imposible crecer. Que la duda del rechazo se deteriora cada vez mas conforme la Fe en uno mismo aumenta. Que el pasado solo es una proyección mental, invariable e irremediable y que ya no puede herir más. Que los acontecimientos futuros son indescifrables y son producto de una realidad llamada presente y no de una predicción errónea de nuestra imaginación. Que el hecho de dejar este cuerpo no es el final sino mas bien el comienzo. Que no debía temer al cambio porque hasta la mariposa más hermosa necesita pasar por una metamorfosis antes de volar, además es necesario para darnos cuenta que estamos vivos y progresando. Que hay que hacer que la vida cada día tenga más vida y que si un día siente desfallecer o se encuentre en el éxito, es importante recordar ESTO ES PASAJERO VII

8 ÍNDICE GENERAL Carátula Declaración Certificación Carta de la empresa Agradecimiento Dedicatoria Índice general Índice de contenidos Índice figuras Índice tablas Resumen Summary II III IV V VI VII VIII IX XVI XVI XVIII XX VIII

9 ÍNDICE DE CONTENIDOS CAPÍTULO I 1 1. Introducción El problema Síntomas Causas Objetivo General Objetivos Específicos Justificación Idea a defender Identificación de variables Variables independientes Variables dependientes Variables intervinientes Marco referencial CAPÍTULO II 6 2. Descripción del Bombeo Hidráulico Sistemas de Operación Sistema de fluido motriz abierto Sistema de fluido motriz cerrado Tipos de sistemas de subsuelo Sistema de Bomba Libre Sistema de Bomba Fija Principales herramientas de completación de fondo Tubería de producción Tubería de revestimiento Cavidad Características y ventajas 17 IX

10 2.3.4 Aisladores de zonas (packer) Camisas (sliding sleeve) Válvula de pie (standing valve) Aplicaciones Separation tool Características y ventajas No - go nipple Cabezal del pozo Válvula de control de pozo (4 vías) Válvulas de control de flujo Lubricador Líneas Tubería de alta presión Tubería de baja presión Válvula de paso Válvulas Mariposa Válvulas de Tipo Block Turbina de Caudal Cuenta Barriles Principales equipos de superficie Válvula Check Válvula para control de oleaje Válvula de Seguridad Válvula Estranguladora Separador Vertical Separador Horizontal Trifásico Desarenador Ciclónico Motor y Reductor de velocidad Bomba de fluido motriz Sistema del By pass (Válvula de desvío) Bota de gas 39 X

11 2.6 Instrumentos Ventajas y desventajas del bombeo hidráulico Ventajas del Bombeo Hidráulico Desventajas del Bombeo Hidráulico 43 CAPÍTULO III Bombeo hidráulico Tipo Jet generalidades Funcionamiento de la Bomba Jet Tipos de Bombas Jet Bomba Jet Claw - directa Bomba Jet Claw - reversa Bomba Jet Claw - smart Diferencias entre Bomba Jet convencional y Bomba Jet reversa Bomba Jet Claw Reversa Bomba jet claw Convencional Comparación de la Bomba Jet con la Bomba Tipo Pistón Principales elementos constitutivos de la Bomba Jet Nozzle (Boquilla) Throat (Garganta) Espaciador Difusor Parámetros para la selección de una Bomba Hidráulica Tipo Jet Eficiencia Sedimento básico y agua (BSW) Gravedad específica del crudo (grados API) Relación gas / petróleo (GOR) Características mecánicas Presión de inyección (Cabezal del pozo) Tubería de revestimiento (casing) Empacadura Tubería auxiliar de revestimiento (Liner) 59 XI

12 3.7.5 Tubería de producción (Tubing) Comportamiento de entrada de fluidos Presión de operación API del fluido motriz Profundidad de la bomba Profundidad vertical verdadera TVD Profundidad medida MD Nomenclatura y formulación (funcionamiento Bomba Jet) Nomenclatura Relaciones de continuidad Pérdidas de presión Presión de descarga Energía de succión Relaciones de levantamiento Relación de eficiencia Relaciones de masas Relaciones de comportamiento Coeficientes de fricción Rendimiento Relación de efectividad Relación de boquilla y garganta Efecto de cavitación Ejemplos de cavitación Relación entre presión y velocidad de inyección de fluido motriz Selección de la Bomba Jet Ventajas y desventajas de utilizar Bombas Jet Ventajas Desventajas. 80 XII

13 CAPÍTULO IV Análisis y evaluación del Bombeo Hidráulico Tipo Jet en la producción del pozo Libertador Análisis del pozo Bomba utilizada - Jet Claw directa (Sertecpet) Características Equipos principales usados en la completación del pozo Sliding sleeve (type l EUE - 2 7/8) Seatting nipple (type r EUE - 2 7/8) Packer (Empacadura) Equipos en la superficie Unidad de de bombeo (MTU) Sertecpet Características Partes Motor caterpillar Bomba Quíntuplex National Oilwell 300q-5h Separador horizontal trifásico D=60 ; Ls-s= Manifold Problemas frecuentes presentes en la operaciones con Bombeo Hidráulico Tipo Jet en el pozo Libertador Análisis de la reducción de la taza de producción - presión constante (Bomba Jet) Situación: Reducción de la taza de producción Análisis de la empresa fabricante Análisis del autor Análisis de problemas en la Unidad de Bombeo (MTU) Sertecpet Situación: Apagado del sistema; fuga de fluido motriz en Bomba Quíntuplex Análisis de la empresa fabricante Análisis del autor. 98 XIII

14 4.5.3 Análisis de problemas en la Unidad de Bombeo (MTU) Sertecpet - cambio de asientos y bolas por caída de presión en la inyección Situación: Cambio de Asientos y Bolas (Quíntuplex) Análisis de la empresa fabricante Análisis del autor Análisis del incremento en el fluido motriz / sin incremento de la velocidad de circulación Situación: No hay buena circulación del fluido Inyectado Análisis de la empresa fabricante Análisis del autor Análisis del incremento de presión de Operación - Bomba Jet produce Situación: Incremento en la presión de Operación Análisis de la empresa fabricante Análisis del autor Análisis del incremento en la presión de Operación Situación: Bomba Jet no opera Análisis de la empresa fabricante Análisis del autor Análisis de la reducción súbita de la presión de Operación - Bomba Jet no opera Situación: reducción de la presión de Operación Análisis de la empresa fabricante Análisis del autor Análisis de la condición física de la garganta de la Bomba Jet Situación: desgaste por corrosión y erosión Análisis de la empresa fabricante Análisis del autor Análisis cuando hay presión en el casing Situación: la Bomba Jet no sale del asiento Análisis de la empresa fabricante Análisis del autor. 104 XIV

15 CAPÍTULO V Conclusiones Recomendaciones 106 Anexos 108 Bibliografía 122 Glosario de términos. 123 XV

16 ÍNDICE DE FIGURAS Figura Pág. Fig. Nº 1 Esquema del Bombeo Hidráulico 7 Fig. Nº 2 Sistema de fluido motriz abierto 9 Fig. Nº 3 Sistema de fluido motriz cerrado 11 Fig. Nº4 Secuencia de la Bomba Libre 13 Fig. Nº 5 Tipos de sistemas de Bomba Fija. 14 Fig. Nº 6 Conjunto de fondo 15 Fig. Nº 7 Cavidad 17 Fig. Nº 8 Sliding Sleeve 19 Fig. Nº 9 Standing Valve 20 Fig. Nº 10 Elementos de control de superficie 22 Fig. Nº 11 Cabezal de pozo tipo Árbol de Navidad 23 Fig. Nº 12 Partes del cabezal del pozo 24 Fig. Nº 13 Posiciones de la Válvula de 4 vías 26 Fig. Nº 14 Válvula de 4 vías 27 Fig. Nº 15 Válvula reguladora de Flujo (vrf) 28 Fig. Nº 16 Instalación de lubricador 29 Fig. Nº 17 Partes del Separador Vertical 34 Fig. Nº 18 Partes del Separador Horizontal 35 Fig. Nº 19 Pates de la Bota de gas 40 Fig. Nº 20 Equipos de superficie del Bombeo Hidráulico Jet 41 Fig. Nº 21 Componentes de fondo Bomba Jet 45 Fig. Nº 22 Funcionamiento de la Bomba Jet 47 Fig. Nº 23 Principio físico de la Bomba Jet 48 Fig. Nº 24 Elementos - Bomba Jet Claw directa 49 Fig. Nº 25 Elementos - Bomba Jet Claw Reversa 50 Fig. Nº 26 Corte transversal Bomba Jet Claw Smart 51 Fig. Nº 27 Diferencias entre Bomba Jet Claw y Bomba Jet Directa 52 XVI

17 Fig. Nº 28 Principales elementos constitutivos Bomba Jet 55 Fig. Nº 29 Nodos de interés en el sistema 65 Fig. Nº 30 Curvas de Comportamiento Coeficiente de fricción. 70 Fig. Nº 31 Relación de efectividad 71 Fig. Nº 32 Localización de los tipos de Cavitación Bombas Jet 74 Fig. Nº 33 Relación: Presión Velocidad de inyección del fluido 76 Fig. Nº 34 Selección de la Presión de inyección del fluido motriz 76 Fig. Nº 35 Calculo de la Pwf. y selección de la Bomba Jet. 79 Fig. Nº 36 Índice de productividad del pozo Libertador Fig. Nº 37 Completación Actual de fondo del pozo Libertador Fig. Nº 38 Bomba Jet Claw Especificaciones técnicas 85 Fig. Nº 39 Camisa - Sliding Sleeves 87 Fig. Nº 40 Empacadura ETI-FH 90 Fig. Nº 41 Unidades de bombeo MTU Sertecpet 93 ÍNDICE DE TABLAS Tabla Pág. Tab. N 1 Dimensiones de Boquilla y Garganta diferentes fabricantes 72 Tab. N 2 Tamaños Nominales 73 Tab. N 3 Datos técnicos de las Camisas 88 Tab. N 4 Datos técnicos del Nipple (NO -GO) 89 Tab. N 5 Especidicaciones tecnicas Empacaduras 91 Tab. N 6 Producción. Bomba Jet Claw 7-A (2010)- Pozo Libertador Tab. N 7 Bomba Jet - Características 97 Tab. N 8 Bomba Quíntuplex National Oilwell 300Q-5H Características 98 Tab. N 9 Guía para la localización de falla XVII

18 RESUMEN En la Industria petrolera siempre ha existido la necesidad de reducir costos tanto en mantenimiento como en operación de sistemas, y buscar nuevas alternativas para una mayor producción a menores costos hace que el bombeo hidráulico tipo jet sea un sistema de Levantamiento Artificial necesario y requerido en nuestra región Amazónica, desde este punto de vista la importancia de conocer las múltiples aplicaciones de la Bomba Hidráulica Tipo Jet. Una vez que conocidos los componentes, equipos, y el respectivo software que cada compañía maneja nos ayuda a solucionar los diferentes problemas que se presentan a diario en el campo y que como se menciona en este trabajo el no tomar las respectivas precauciones, y conocimiento hicieron que se pierda tiempo, dinero y producción. Estos tres factores en la industria petrolera no se pueden tomar a la ligera. En la actualidad se requiere un gran caudal de producción de los pozos tomando en cuenta rangos ya establecidos, normas y el adecuado uso oportuno del software del Bombeo Hidráulico- Jet, así que procedemos a realizar una evaluación del sistema de Levantamiento artificial, con el objetivo de determinar si es el más indicado para dicho pozo. En el primer Capítulo se presenta una reseña histórica del bombeo Hidráulico Tipo Jet cuando fue implementado, su principio fundamental y la respectiva justificación del trabajo que es de analizar el funcionamiento de la Bomba Jet para la producción del pozo Libertador 123. XVIII

19 En el segundo Capítulo se describe al Bombeo Hidráulico como tal, sus inicios los métodos que se utilizaban anteriormente, sus sistemas de operación, sus elementos principales de fondo y superficie presentando sus respectivas ventajas y desventajas que ayudaron a comprender mejor este sistema. En el tercer Capítulo se describe los parámetros para la selección de una Bomba Hidráulica Tipo Jet. Las variables de funcionamiento de dicha bomba que se deben analizar antes de seleccionar este tipo de Levantamiento Artificial utilizado para la producción del pozo Libertador 123. En el cuarto Capítulo se describe las partes y equipos principales del Sistema de Bombeo Hidráulico Tipo Jet instalado para la producción del pozo Libertador 123 y el respectivo análisis de Bomba Hidráulica Tipo Jet determinando posibles problemas y soluciones en su producción de fluido. XIX

20 SUMMARY In the oil industry has always been the need to reduce costs both maintenance and operating systems, and seek new alternatives to increased production at lower costs makes the pump hydraulic jet is a necessary and Artificial Lift required in our Amazon region, from this point of view the importance to meet the multiple applications of Type Jet Pumps Once known components, equipment and software as the company handles each helps us to solve the various problems that arise daily in the field and as mentioned in this work do not take the respective precautions, and knowledge made wasting time, money and production. These three factors in the oil industry can not be taken lightly. Currently requires a great deal of production wells ranges taking into account already established, appropriate standards and timely use software Hydraulic Pump-Jet, so we proceed to conduct an evaluation of artificial lift system, with the objective determine whether it is best for the well.. In the first chapter presents a historical overview of hydraulic jet pump when it wasimplemented, the fundamental principle and the respective reason for this study is to analyze the operation of jet pump for well production Libertador 123. In the second Chapter it is described to the Hydraulic Pumping as such, there beginnings the methods that it was used in the decade of 1930 their main elements of bottom and surface giving us their respective advantages and disadvantages that helped us to understand better east system. XX

21 In the third chapter describes the parameters for the selection of Jet Pumps Type variables of the pump operation to be analyzed before selecting this type of artificial lift used for well production Libertador 123. In the fourth chapter describes the main parts and equipment Hydraulic Pumping System - Type Jet installed for well production Libertador 123 and the respective analysis of Pump Hydraulic identifying potential problems and solutions in the production of fluid. XXI

22 CAPÍTULO I

23 CAPÍTULO I 1. INTRODUCCIÓN Al pozo Libertador 123 se le instaló una bomba hidráulica tipo Jet 7-A, a fin de tratar de recuperar la producción de petróleo, optimizar el fluido motriz y a su vez determinar una taza de producción adecuada que sea aceptada por la Agencia de regulación y control hidrocarburífero (ARCH), evitando así un daño a la formación por una sobre explotación al yacimiento. La instalación de bombeo hidráulico Tipo Jet necesita de un mejor estudio técnico, basado en la disponibilidad de todos los recursos que están a nuestro alcance, ya sea realizando las pruebas de producción, y utilizando el software que tiene cada empresa para determinar con exactitud las posibles fallas operativas que se presentan en los diferentes pozos de la región amazónica EL PROBLEMA Uno de los objetivos de la industria petrolera es obtener el mayor porcentaje de producción de hidrocarburos; en este caso en particular la utilización del Bombeo Hidráulico como un sistema de Levantamiento Artificial normalmente existen fallas en el sistema o problemas en la circulación del fluido atreves de la bomba, tales como: falta de fluido motriz, fugas tanto en superficie como en el fondo del pozo, contaminación del fluido motriz, producción de gas; arena o parafina, cavitación de las Bombas Jet, taponamiento de la bomba, daños mecánicos en las boquillas; garganta o difusores, daños en el equipo de bombeo de superficie, fuga de fluido en bomba quíntuplex, entre otros. 1

24 1.1.1 SÍNTOMAS Principalmente como consecuencia de las fallas y problemas podemos mencionar: caídas de la producción, el pozo no produce, incremento en la presión de operación, caída de la presión de inyección CAUSAS Las causas originarias de los principales problemas del Sistema de Bombeo Hidráulico Tipo Jet son varias: desde el fabricante del equipo; fallas relacionadas al diseño, al ensamblaje, manipulación del transporte, almacenamiento del equipo, entre otras, cambios de condiciones del pozo, presencia de corrosión en tuberías tanto de fondo como de superficie, taponamiento de la bomba o de la válvula de pie, altas tasas de gas fluyendo a través de la bomba, errores humanos, inapropiado transporte y manipulación de equipo, falta de supervisión durante la bajada del equipo, errores en el programa de mantenimiento del sistema OBJETIVO GENERAL Estudiar las partes y el funcionamiento del Sistema de Bombeo Hidráulico Tipo Jet en la producción del pozo Libertador 123, para determinar las fallas y averías del sistema más comunes y establecer sus posibles soluciones OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Describir el Sistema de Bombeo Hidráulico (superficie y fondo) para optimizar su uso y mantenimiento. Elaborar una Guía para la localización de fallas en la Operación del Sistema de Bombeo Hidráulico Tipo Jet. 2

25 Identificar las variables operativas del funcionamiento del Bombeo Hidráulico Tipo Jet en la producción del pozo. Conocer las partes y equipos principales del Sistema de Bombeo Hidráulico Tipo Jet, instalado en el Pozo Libertador 123; para determinar las posibles fallas y averías de dicho Sistema de Bombeo JUSTIFICACIÓN El estudio sobre los problemas y fallas en el funcionamiento del sistema de Bombeo Hidráulico tipo Jet en el pozo Libertador 123, se lo realiza debido a que es necesario conocer el origen de las fallas en el funcionamiento del equipo y de esta manera dar posibles soluciones, ya que los problemas varían, ya sea por el tiempo de uso o por las condiciones del pozo. En el campo de la industria petrolera siempre ha existido la necesidad indispensable de reducir los costos de operación y mantenimiento, pero siempre teniendo como fin primordial el incremento de la producción de crudo, adecuándose a las condiciones actuales de los pozos de petróleo y sus respectivos fluidos existentes. Tomar en cuenta las innovaciones tecnológicas que en la actualidad son de enorme influencia para el gran desarrollo productivo de cualquier tipo de levantamiento artificial que sea instalado en el oriente ecuatoriano IDEA A DEFENDER Con la elaboración de una guía de optimización del diseño, control y supervisión del sistema de Bombeo Hidráulico Tipo Jet instalado en el pozo Libertador 123 y analizando las características del fluido del pozo, se logrará minimizar las fallas y problemas más frecuentes logrando de este modo alargar la vida útil de los equipos y una buena productividad del pozo. 3

26 1.6. IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES A continuación se indica las variables e indicadores referentes al tema Variables Independientes La Operación de la Bomba Jet, para la producción de petróleo del pozo Libertador Variables Dependientes Los equipos de superficie y su funcionamiento, para el tratamiento del fluido motriz a inyectar, con la utilización de separadores, tanques, etc. Los Servicios de las Empresas de Reacondicionamiento de pozos, para control de arena, gas y agua, etc. La Empresa que da Servicio y Mantenimiento de Bombas Hidráulica Tipo Jet, para solucionar problemas que se presenten en la operación de la bomba Variables Intervinientes Presión de reservorio, Pr. Presión de fondo fluyente, Pwf. Profundidad del pozo. GOR. BSW. Viscosidad del crudo. Sólidos en la producción de fluido. Sedimentos en la producción de fluido. 4

27 Presión de inyección del fluido motriz. Elementos corrosivos. Tasa de producción de petróleo MARCO REFERENCIAL En las décadas de 1960 y 1970 el bombeo hidráulico fue uno de los sistemas de levantamiento artificial mayormente implementado en la Industria petrolera. Pero en los años siguientes fue decayendo notablemente su uso. A partir de 1990 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. Las bombas Hidráulicas tipo "Jet" operan bajo la acción de un fluido a alta presión y el efecto Vénturi que este provoca al pasar a través de una tobera. El fluido motriz (Power Oil) a alta presión y baja velocidad es convertido a un fluido de baja presión y alta velocidad al pasar por un orificio (Nozzle). La presión a la entrada de la garganta (Throat) disminuye logrando que el fluido proveniente del reservorio ingrese a la succión de la bomba (cámara de mezcla) debido a la mayor presión del mismo. Luego de efectuarse la mezcla en la cámara, comienza la acción de bombeo de la mezcla entre el fluido del reservorio y el fluido motriz (Power Oil). Cuando la mezcla entra en la zona del difusor se produce una disminución en la velocidad y un aumento en la presión de descarga, lo suficientemente alta como para que el fluido pueda llegar a superficie. Un gran número de combinaciones de "tobera-garganta" se encuentran disponibles en el mercado, las cuales serán seleccionadas en función del caudal a extraer. 5

28 CAPÍTULO II

29 CAPÍTULO II 2. DESCRIPCIÓN DEL BOMBEO HIDRÁULICO El método de bombeo hidráulico que emplea un sistema de balancín y varillas ha sido aplicado al menos desde el año 476 después de Cristo, cuando los egipcios lo utilizaban para bombear agua y dentro de la industria petrolera se empezó a utilizar desde la época del descubrimiento. 1 Se han realizado varios diseños de equipos dentro del levantamiento artificial hidráulico como la bomba de Faucett (1875) que en el subsuelo fue una bomba accionada por vapor de agua y requería de un pozo de gran diámetro para operarla, por esta razón no se encontró muchas aplicaciones en el campo petrolero. Con el transcurrir de los años (1920) y teniendo que producir cada día desde mayores profundidades se han ido tecnificando y perfeccionando los diseños de estos equipos de subsuelo y superficie hidráulicos, es así que desde 1932 varios miles de pozos petroleros han sido explotados con bombas hidráulicas incrementándose cada día más instalaciones en el mundo con este sistema de levantamiento artificial. El principio fundamental aplicado al bombeo hidráulico en el subsuelo es la Ley de pascal. La aplicación de este principio permite transmitir presión desde una estación centralizada en la superficie mediante un tubería llena de fluido hasta cualquier número de puntos (pozos) dentro del sistema. 1 Dresser Oil Tools, Introducción a los Sistemas de Bombeo hidráulico 6

30 A continuación se puede apreciar un esquema típico de bombeo hidráulico como se muestra en la figura Nº 1. Figura Nº 1 Esquema del Bombeo Hidráulico Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D. 7

31 2.1. SISTEMAS DE OPERACIÓN Existen básicamente dos sistemas de fluido motriz: Sistema de fluido motriz abierto Sistema de fluido motriz cerrado Ambos sistemas son iguales en el manejo del fluido motriz desde los tanques de almacenamiento hasta la unidad de bombeo, pero difieren en la forma en que el fluido motriz retorna a la superficie después de haber operado la unidad SISTEMA DE FLUIDO MOTRIZ ABIERTO Un sistema de fluido motriz abierto (OFF, OPEN POWER FLUID) sólo requiere de dos conductos de fluido en el pozo, el primero para circular o continuar el fluido motriz a presión o dirigidos a la parte motor de bomba, el segundo contiene el fluido motriz que acciona la bomba mas el fluido producido por el pozo en un retorno a superficie (llamado conducto anular), como se muestra en la figura Nº. 2. Este sistema es sencillo y económico por tal razón las bombas hidráulicas Oilmaster y KOBE trabajan bajo estas condiciones y permite inyectar aditivos químicos al fondo del pozo como inhibidores de corrosión, de incrustación y de parafina los mismos que ayudarán a extender la vida útil del equipo de subsuelo si los fluidos producidos tienen a formar emulsiones dentro del pozo pueden añadirse desmulsificantes al fluido motriz. 8

32 Figura Nº. 2. Sistema de fluido motriz abierto Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D. 9

33 SISTEMA DE FLUIDO MOTRIZ CERRADO 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 (Véase Figura Nº. 3) se requiere de una sarta adicional de tubería tanto dentro del pozo como en superficie; una sarta sirve para transportar la producción hasta la batería de tanques y otra para que retorne el fluido motriz ya que cumplió su función en el fondo del pozo hasta el tanque respectivo para volver a circular. Esta exigencia de una sarta adicional de tubería más, la complejidad asociada de diseño en el fondo del pozo, hace que este sistema sea más costoso que el sistema abierto. El sistema de fluido motriz cerrado es recomendable para cuando los fluidos producidos son extremadamente abrasivos o corrosivos; permite la utilización de materiales menos sofisticados en la parte motriz de la bomba, y podrá prolongar la vida útil de la bomba y de las instalaciones de superficie. Es muy útil en plataformas marinas y en algunas instalaciones industriales. Para las bombas de subsuelo diseñadas para trabajar con este sistema el mayor inconveniente a tenerse es el fluido motriz porque este no seguirá limpio indefinidamente aunque se tenga todas las precauciones y cuidados que el caso requiere. 10

34 Figura Nº. 3. Sistema de fluido motriz cerrado Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D. 11

35 2.2. TIPOS DE SISTEMA DE SUBSUELO Existen los siguientes tipos de sistemas: El sistema de bomba libre El sistema de bomba fija SISTEMA DE BOMBA LIBRE No requiere de unidad especial para correr y reversar la bomba esta bomba se desplaza dentro de la sarta de tubería del fluido motriz. 2 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 aloja en el conjunto de fondo (BHA) dentro de la cavidad. Para recuperar la Bomba Jet, se inyecta fluido motriz por el espacio anular, esta inyección invertida de fluido hace que accione la válvula de pie o standing valve y presurice en el fondo desasentando la bomba de la cavidad, la presión queda atrapada en la 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 para recuperarla. Es una ventaja de este sistema de bomba libre por cuanto permite cambiar o reemplazar equipos sin necesidad de una unidad de reacondicionamiento como se puede apreciar en la figura N 4. 2 VINICIO MELO, Folleto de levantamiento Artificial 12

36 Figura N 4 Secuencia de la Bomba Libre Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D SISTEMA DE BOMBA FIJA Las instalaciones de bomba fija son como las instalaciones de Bombas Mecánicas Fijas en la tubería, BES, ya que el implemento para alzar el equipo de fondo se moviliza hacia el fondo mediante una sarta de tubería. (Véase figura Nº 5.) 13

37 La bomba de fondo se coloca con la tubería de fluido motriz y se instala en el pozo como una parte integral de dicha sarta, cuando falla el equipo obligatoriamente se tiene que cambiar utilizando una unidad se reacondicionamiento. Una de las razones para seleccionar una bomba fija sería para levantar grandes volúmenes ya que el tamaño físico de estas bombas no está limitado por el diámetro interior de la tubería. Figura N 5 Tipos de sistemas de bomba fija. Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D. 14

38 2.3. PRIN NCIPALES S HERRAM MIENTAS DE COMP PLETACIÓ ÓN DE FONDO Las herram mientas de la l completaación de fon ndo se estabblece para ccada pozo en n particularr dependienndo del núm mero de arrenas produ uctoras y de d este deppenderá el número dee empacaduuras camisass y la cavidaad Oilmasteer o Kobe. (Véase figurra Nº 6.) Figurra N 6 Conjunto o de fondo F Fuente: Dresser Oil Toools Elab borado por:: Julio Sánchhez D. 15 1

39 Los principales elementos del conjunto de fondo son los siguientes: TUBERÍA DE PRODUCCIÓN También conocida como 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 del grado a utilizar). A través de ella se inyecta en el fluido motriz a la bomba, cada tubo tiene 32 ft de longitud aproximadamente en nuestro país los tubing más utilizados son de 3 1 / " 2 y de 2 7 /8" TUBERÍA DE REVESTIMIENTO Llamada también casing, es la tubería que va cementada a las paredes del pozo, a las profundidades hasta donde se instalara todo el conjunto de fondo, EP Petroprodución comúnmente utiliza casing de producción de 7 su función es evitar derrumbes en el pozo. En nuestro país debido a longevidad de los casing estos han ido perdiendo su capacidad de resistencia sobre todo por la corrosión; consecuentemente su resistencia es limitada a altas presiones ( psi) CAVIDAD Es un conjunto de tuberías, camisas sellantes y tubos paralelos, configurados para alojar interiormente bombas de tipo jet o pistón. 3 3 Sertecpet: Bombeo Hidráulica Jet Claw

40 CARACTERÍSTICAS Y VENTAJAS Generalmente hay dos tipos de cavidades. La primera tiene: un tubo, una camisa sellante y un asiento para la válvula standing. No dispone de tubos paralelos debido a que la bomba que se aloja internamente, es de simple efecto. (Véase figura Nº 7.) Figura N 6 Cavidad Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 17

41 La segunda cavidad tiene dos tubos unidos por collares dentro de los cuales se encuentra las camisas sellantes. El tipo de bomba alojada en estas cavidades es de doble efecto por lo tanto tiene tubos paralelos que llevan el fluido motriz hasta el centro de la cavidad de este punto se direcciona a la parte interna de los pistones motor para dar el movimiento reciprocante de la bomba por la acción de la reversada de la válvula, por medio de la cual se produce la succión y la descarga, esta bomba a su vez se asienta en el asiento de la válvula que se aloja en la parte inferior de la cavidad. Estas cavidades son de 2 7/8 pueden ser acopladas en tubería de 2 7/8 o mediante un crossover para tubería de 3 ½ AISLADORES DE ZONAS (packers) Conocidos como packers son elementos cuyo sistemas mecánico o hidráulico hacen que sellen las paredes del casing y el tubing aislados independientemente de esta forma las arenas productoras CAMISAS (SLIDING SLEEVE) Es un nipple con orificios dispuestos en su parte media de manera especial para permitir la comunicación entre la tubería de producción y el espacio anular. En el interior de la camisa se aloja un elemento deslizable denominado Closing Sleeve que posee los elementos sellantes y que, mediante su operación permite abrir o cerrar los orificios de la camisa, de esta forma se permite o se impide el paso de fluido del tubing al casing o viceversa. Esta se instala en el ensamblaje de fondo del pozo (BHA). (Véase figura Nº 8.) 18

42 Figura N 8 Sliding Sleeve Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D VÁLVULA DE PIE (STANDING VALVE) Es una válvula de retención, está conformado por una bola y un asiento, un by pass y un ensamblaje de sellos; el by pass se abre cuando se recupera del fondo del pozo. Se dispone de standing valve para no-go y para cavidades. Esta válvula puede ser corrida y recuperada solo con unidad de cable liso o flexible. La válvula standing para cavidades se usa como asiento de la bomba y para evitar la pérdida del nivel de fluido. (Figura N 9.) 19

43 Figura N 9 Standing Valve Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D APLICACIONES Se aloja en el no-go nipple tipo F ó R y también en camisas de circulación. Se utiliza como válvula check para permitir el flujo en un solo sentido. Mantener el fluido en la tubería de producción para evitar que contamine a la formación productora. 20

44 2.3.7 SEPARATION TOOL Denominada bomba falsa, se aloja dentro de la camisa de circulación o dentro de la cavidad y sirve para aislar los orificios de la misma, impidiendo la comunicación tubing- casing. Se utiliza cuando la camisa tiene dificultades para cerrar o ya no realiza sello perfecto. También sirve para realizar pruebas de inyectividad y pruebas de admisión o tratamiento a la formación CARACTERÍSTICAS Y VENTAJAS Posee dos sellos cuando va alojada en una camisa, y un sello en la parte superior y una cabeza de standing valve en la parte inferior cuando va alojada en una cavidad. Dispone además de un pin de ruptura instalado en la parte superior que se rompe para recuperar de la camisa NO - GO NIPPLE Son herramientas que van instaladas en el ensamblaje de fondo del pozo, se utilizan para asentar equipos de control de flujo de fondo. Se construye en acero 4340 y Para incrementar la vida útil de la herramienta, se realiza tratamiento térmico, lo cual le permite alcanzar mayor resistencia a la abrasión y corrosión. Estos nipples son colocados, generalmente, en el punto más profundo de la tubería de producción. 4 4 Dresser Oil Tools, Introducción a los Sistemas de Bombeo hidráulico 21

45 Entre los principales instrumentos de control del bombeo hidráulico tipo jet como se muestra en la figura N 10 se tienen los siguientes: Figura N 10 Elementos de control de superficie Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D CABEZAL DE POZO Todo pozoo posee un cabezal dentro del bombeo hidráulico, los cabezales de pozo tienenn el mismo sistema de funcionamiento en bombeo hidráulico, se utilizan el cabezal de pozo en válvula de cuatro vías y el tipo árbol navidad. El cabezal de pozoo posee una válvula MASTER, que está conectada directamente con la sarta de la tubería(tubing) y la tubería de revestimiento(casing), con las líneas de inyección y producción por lo tanto la válvula MASTER controla el movimiento de cualquier fluido (motriz o retorno) en cualquier sentido dentro del pozo. (Figura N 11) N 22

46 Las válvulas del casing, son válvulas por donde retornará la mezcla de los fluidos inyectado y producido a la línea de retorno a la estación de producción son válvulas de (3000 o 5000) psi. Las válvulas del tubing son válvulas que permiten al paso del fluido de inyección hacia el tubing y consecuentemente a la parte motor de la bomba, son válvulas de 5000 psi. Figura N 11 Cabezal de pozo tipo Árbol de Navidad Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D. 23

47 En la siguiente grafica (Figura Nº. 12.) se muestra los componentes de un cabezal de pozo con válvula de 4 vías, y demás componentes; variedad tuberías; diferenciando la sección del árbol de navidad (parte superior) y la sección del cabezal del pozo (parte inferior) Figura N 12 Partes del cabezal del pozo Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D. 24

48 VÁLVULA DE CONTROL DE POZO (4 VÍAS) La función principal de la válvula de 4 vías es revertir el flujo de los fluidos durante las operaciones de introducción o recuperar las bombas. La válvula de cuatro vías se acciona con una sola palanca, se cambia de posición mediante un dispositivo de acción positiva, tipo carreta, con tres posiciones En la Figura Nº 13 se describe las diferentes posiciones de la Válvula de 4 vías durante la operación en un circuito abierto de una bomba libre con tuberías paralelas. Sirve para controlar la dirección del fluido motriz que acciona la bomba del pozo. Con sólo mover la palanca hacia abajo, el fluido motriz baja por la tubería de inyección para activar y accionar la bomba. Para reversar la bomba, la palanca debe posicionarse hacia arriba para dirigir el flujo hacia abajo por el espacio anular para que empuje y saque la bomba por la tubería de inyección hasta superficie. En la posición intermedia la válvula desvía al fluido (by pass), es decir que el fluido de inyección pasa directamente a la línea de retorno y a la estación. Con el giro a la derecha del handle (mariposa) presurizamos el pozo, la operación inversa es para despresurizar. (Figura Nº 14) 25

49 Figura N 13 Posiciones de la Válvula de 4 vías Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D. 26

50 Figura N 14 Válvula de 4 vías Fuente: National - Oilwell Elaborado por: Julio Sánchez D. 27

51 2.4 VÁLVULAS DE CONTROL DE FLUJO La válvula reguladora o de control de flujo (VRF) 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 puede regular hasta 3000 bls/día y 5000 bls/día. (Figura Nº 15) Figura N 15 Válvula reguladora de Flujo (vrf) Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D. 28

52 2.4.1 LUBRICADOR Es una herramienta de apoyo que se acopla a la válvula de 4 vías y al cabezal tipo árbol de navidad, 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 pozo abierto. (Figura Nº 16) Figura N 16 Instalación de lubricador Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D. 29

53 2.4.2 LÍNEAS En el recorrido que realiza el fluido no siempre se encuentra con un mismo caudal ni con una presión constante, por ello se utilizan 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 TUBERÍA DE BAJA PRESIÓN Tiene márgenes de resistencia menores ( psi), se encuentran instaladas desde la salida de producción del pozo hasta la estación de almacenamiento VÁLVULAS DE PASO Las válvulas que conforman un circuito no son iguales aunque su principio es de apertura y cierre, las más utilizadas son: 30

54 VÁLVULAS MARIPOSA Es un dispositivo para interrumpir o regular el flujo de un fluido en un conducto, ante todo cuando la caída de presión a través de la válvula es relativamente baja. Se cierran con varia vueltas (sentido anti horario) VÁLVULAS DE TIPO BLOCK De acción rápida y sirven para aperturas y cierre rápidos su trabajo es en apertura y cierre con giro a TURBINA DE CAUDAL 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 en gran velocidad estas pulsaciones son leídas por un sensor magnético que posee un instrumento electrónico que cuenta el paso de numero de barriles que circulan hacia el pozo. La turbina se encuentra instalada directamente en la línea de inyección luego de la válvula reguladora de flujo o VRF. 31

55 2.4.5 CUENTA BARRILES En un instrumento electro magnético que sirve para leer las pulsaciones que se producen al 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. 2.5 PRINCIPALES EQUIPOS DE SUPERFICIE A continuación se indica los principales equipos utilizados en el Sistema de Bombeo Hidráulico Tipo Jet (Véase figura Nº 20.) VÁLVULA CHECK Primero, los fluidos ingresan a la unidad de acondicionamiento del fluido a través de una válvula check, la que normalmente corre por cuenta del usuario del equipo, la cual permite el paso del fluido en una sola dirección VÁLVULA PARA CONTROL DE OLEAJE Esta válvula esta calibrada para abrir cuando se sienta un oleaje de alta presión en la entrada de la válvula (es decir, en el recipiente de la acumulación y brinda protección contra oleajes). 32

56 2.5.3 VÁLVULA DE SEGURIDAD La unidad de acondicionamiento de fluido motriz (Econodraulic) está equipada con dos válvulas de seguridad. La primera válvula de seguridad es para el recipiente de acondicionamiento y una válvula de seguridad para el acumulador. Cada válvula se calibra para proteger estos recipientes de sobre presión VÁLVULA ESTRANGULADORA La válvula estranguladora manual debajo de la corriente inferior del filtro ciclónico controlará el flujo de los fluidos, si está correctamente calibrada. Si el fluido de la corriente inferior está muy sucio, tiende a taponar la salida. Por lo tanto, la válvula tiene que abrirse al máximo posible SEPARADOR VERTICAL La primera entrada del fluido es el recipiente acumulador y amortiguador El propósito del recipiente amortiguador / acumulador es evitar que el gas excesivo ingrese al filtro ciclónico de arena, lo que reduciría la eficiencia de dicho desarenador. El separador vertical (Fig. Nº 17) 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 al filtro ciclónico de arena o al recipiente de acondicionamiento. 33

57 Figura N 17 Partes del Separador Vertical Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D SEPARADOR HORIZONTAL TRIFÁSICO El recipiente para acondicionamiento de fluidos es un equipo de almacenamiento que separa el petróleo, agua y el gas. (Véase Fig. Nº 18) 34

58 Cuando el nivel del fluido previamente calibrado llega a distar aproximadamente 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 a línea de flujo y luego a la batería de tanques de almacenamiento. El tiempo de retención de fluido motriz en el recipiente de acondicionamiento realmente no es suficiente para un asentamiento significativo de las partículas solidas 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 de eso depende el funcionamiento del sistema. Figura N 18 Partes del Separador Horizontal Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D 35

59 Una vez que esté funcionando el sistema hidráulico, se descarga 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 a través de la válvula (salida baja) cuando la descarga sea principalmente agua El nivel de líquido en el recipiente de acondicionamiento se mantiene en un nivel suficiente para abastecer a la bomba múltiplex de una cantidad adecuada de fluido limpio DESARENADOR CICLONICO El filtro ciclónico de arena constituye el corazón de la unidad de tratamiento del fluido en superficie. Sin un excelente separador de sólidos, el resultado sería un tiempo innecesariamente corto de funcionamiento y un trabajo excesivo de mantenimiento. 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 hidráulica en el fondo. Los sólidos separados son descargados por la parte inferior. Y el fluido motriz limpio pasa desde la rebose (excedente) del filtro de arena, a través de la válvula de salida del filtro de arena y de ahí al separador trifásico. 36

60 2.5.8 MOTOR Y REDUCTOR DE VELOCIDAD Siendo el motor la planta de fuerza que mueve el sistema de Bombeo Hidráulico y dado su complejidad, la operación y mantenimiento se deben hacer de acuerdo a las especificaciones que vienen al ser adquiridas. La eficiencia mecánica del motor depende la calidad de operación del mismo, control de mantenimiento y el uso de combustibles y aceites recomendados. El excesivo humo o pérdida de fuerza es indicador de que no ha tenido mantenimiento adecuado; inspeccionar la entrada del aire y la cañería de combustible, cuyos daños pueden causar rotura o restricción. La reductora de velocidad está destinada a reducir las revoluciones del motor hasta el límite programado para la bomba tríplex. Esta ha sido diseñado para garantizar un acople correcto con el acople rotativo del motor. El diámetro y longitud del acople está diseñado para mantener una precisa alineación del equipo, bajo las más diversas condiciones de carga, permitiendo además una mayor eficiencia y evitando daños en su estructura BOMBA DE FLUIDO MOTRIZ La Bomba de fluido motriz da fuerza en superficie y provee líquido presurizado para operar la bomba hidráulica en el subsuelo. 37

61 Esta bomba es debidamente alineada con la caja reductora y el motor y es conectada mediante un acople flexible que ya viene desde la fabrica, sin embargo, es necesario chequear la distancia y el ángulo de alineación después de la instalación final en la locación del pozo. Para la 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 tríplex 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 con la misma Bomba Tríplex llegando a destruirla. Este Amortiguador debe ser colocado tan cerca como sea posible de la descarga de la bomba tríplex SISTEMA DEL BY PASS (VÁLVULA DE DESVÍO) La válvula manual de desvió, es el dispositivo con el cual se regula el volumen de fluido que es enviado a la bomba de fondo o recirculando a la unidad de superficie como exceso de fluido. Puesto que el desplazamiento de la bomba triplex es mayor que el volumen requerido para operar la bomba hidráulica de subsuelo, un poco de fluido se recircula y el y el resto se bombea al pozo regulando el volumen de inyección manualmente, mediante la Válvula de Desvío. Este dispositivo de control de flujo es un orificio que puede variarse manualmente y consiste de una ranura formada por un manguito de carburo de tungsteno con control de abertura por movimiento del tapón integral de carburo que está dentro del manguito y que se puede colocar en cualquier posición 38

62 La válvula de desvió es un simple dispositivo que da pocos problemas en la operación manual. El volumen desviado hará muy estable al sistema, mientras no haya grandes fluctuaciones de presión BOTA DE GAS Esencialmente la bota de gas forma parte del tanque de petróleo motriz. Su propósito es proporcionar una última separación de gas y petróleo. Figura Nº19. Si el gas no se separa suficientemente del petróleo, el gas libre se arrastra hasta el tanque de decantación y destruirá el proceso de asentamiento al revolver el fluido en dicho tanque. Está formada de dos cilindros verticales concéntricos, figura 4-31, y sirve para eliminar una cantidad adicional de gas que todavía permanece en solución. Por el cilindro interno sube el petróleo y agua, hasta chocar con un deflector en forma de sombrero chino, descendiendo por el espacio anular para ingresar al tanque de lavado. Este equipo sirve como separador de producción alterno temporal, en el caso de que los separadores primarios se inunden y trabajen en by-pass. Se debe diseñar para eliminar el GOR residual a la descarga de los separadores, recomendándose sobredimensionar en un 50 %, para ayudar en el caso de by-pass. 39

63 La línea de la descarga de gas en la bota debe tener un arresta llamas, preferible con drenaje de líquidos a un sumidero, por la fuerte condensación de líquidos. En el caso de conectarse con otra descarga de gas, se recomienda colocar una válvula check para evitar contra flujos y posibles derrames en los tanques. Figura N 19 Partes de la Bota de gas Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D 40

64 Figura N 20 Equipos de superficie del Bombeo hidráulico jet 2.6. INSTRUMENTOS Fuente: National Oilwell Elaborado por: Julio Sánchez D. Como se trabaja con altas presiones se tiene que registrar en las líneas de inyección y retorno con manómetros de alta y baja presión (5000 psi y 600 psi respectivamente) 41

65 En la mayoría de los pozos se encuentran instalados un manómetro diferencial que es un registrador de caratula giratoria (denominado BARTON por la marca del fabricante) en el que se registran las presiones de operación de inyección y la presión de retorno, esta carta es cambiable y su giro es proporcional con el tiempo real, se gradúa a 24 horas o a 7 días según el tipo de reloj. 2.7 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 del bombeo mecánico. Mediante el sistema de levantamiento hidráulico se tiene una gran flexibilidad para adaptarse a los cambios de caudales de producción. Salvo casos extremos las bombas hidráulicas para su cambio no requieren de torre de reacondicionamiento. Las Bombas Pistón tienen mejores eficiencias a grandes profundidades que una bomba de varillas (bombeo mecánico) por que no existen el problema del estiramiento de la sarta. Todas la bombas hidráulicas pueden accionarse desde una sola fuente de fluido motriz Las Bombas Jet manejan relativamente grandes relaciones de gas - 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 Con las Bombas Jet se puede producir altos volúmenes de fluido y además pueden manejar sólidos dentro de la producción. 42

66 2.7.2 DESVENTAJAS DEL BOMBEO HIDRÁULICO Como se trabaja con presiones de operaciones altas el trabajo se debe realizar 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, y el BSW (%) es alto se tendrá un mayor consumo de químicos (desmulsificantes), las unidades de poder trabajaran a mayores emboladas por minuto; por lo tanto se consumirá mayor cantidad de combustible. La Bomba Jet requiere de un alto caballaje para trabajar idóneamente En pozos donde se tienen un alto corte de agua se requiere inyectar químicos para bajar la emulsión producida por la Bomba Jet en los tanques de almacenamiento. 43

67 CAPÍTULO III

68 CAPÍTULO III 3. BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET - GENERALIDADES La Bomba Jet es una clase especial de bomba hidráulica cuyo principio de levantamiento se basa en la transferencia de energía entre el fluido de inyección y el fluido producido, cuando el fluido inyectado atraviesa la boquilla en el fondo del pozo, se produce la transformación de energía potencial en energía cinética (Principio de Vénturi), lo que finalmente causa la producción de fluidos desde el reservorio. Con las Bombas Hidráulicas Tipo Jet siempre se tiene un sistema de fluido motriz abierto. Las ventajas de este sistema de bombeo son numerosas. Principalmente la carencia de partes móviles que permite manejar fluidos de cualquier calidad, tanto motriz como producido. Otra ventaja se tiene en lo compacto de la sección de trabajo compuesta por la tobera, la entrada a la cámara de mezclado y el difusor, esto facilita su instalación, además permite al bombeo hidráulico adaptarse casi a cualquier profundidad en el pozo. Otra ventaja de las Bombas Jet es la solidez de la sección de trabajo, que hace que pueda adaptarse a casi cualquier completación de fondo de pozo, frecuentemente se pueden obtener tasas de producción más altas que con la Bombas de Pistón, por lo que se recomienda su uso en pozos con altos índices de productividad así como también en pozos con presencia de escala, producción de gas y presencia de arena. 5 Estas bombas no son aplicables a todos los pozos pues necesitan presiones de succión relativamente altas para evitar cavitación y no requerir de altas potencias. 5 National Oilwell: Artificial Configuration

69 A continuación se presenta en la figura N 21 los componentes de fondo de una Bomba Jet. Figura N 21 Componentes de fondo - Bomba Jet Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA JET Los caudales de producción y fluido motriz en las Bombas Jet se controlan mediante una configuración de boquillas y gargantas. Diferentes configuraciones geométricas se utilizan para controlar la luz entre los orificios de la boquilla y el tubo de mezcla para lograr caudales deseados de producción. 45

70 Un ejemplo de una bomba subsuperficial tipo chorro se muestra en la Fig. Nº 22. El fluido motriz entra por la parte superior de la bomba y pasa a través de la tobera, donde su presión total es convertida a una carga por velocidad. El fluido motriz se bombea a un caudal determinado (Q1) hasta la bomba jet en el subsuelo, donde llega a una boquilla con una presión total que se designa como (P1). Este fluido a presión alta dirige entonces a través de la boquilla lo que hace que la corriente de fluido tenga alta velocidad y baje presión. (Figura N 23) La presión baja (P3) llamada presión de succión permite que los fluidos del pozo entren en la bomba y sean descargados por la tubería de producción con el caudal de producción deseado, (Figura N 23). Entonces el fluido motriz arrastra al fluido del pozo por efectos de la alta velocidad, estos dos fluidos llegan hasta unas sección de área constante en donde se mezclan, en este punto se mantiene la velocidad y la presión constante., Cuando los fluidos combinados llegan al final de esta sección constante, al iniciar el cambio de áreas en el difusor tenemos que la velocidad va disminuyendo a medida que aumenta el área y la presión. Esta alta presión se descarga (P2) debe ser suficiente para levantar los fluidos combinados al caudal deseado (Q2) hasta la superficie. Los componentes claves de las bombas Jet son las boquillas y la garganta (throat). El área de las aperturas en estos elementos determina el rendimiento de la bomba. Estas aéreas se designan como Aj y At., (Figura N 23). 46

71 La relación entre estas áreas Aj/At se conoce como la relación de áreas. Las bombas que tienen las mismas relaciones de áreas tendrán también las mismas curvas de comportamiento. El volumen de fluido motriz será proporcional al tamaño de la boquilla. El área en la bomba debe dar paso al caudal de producción en el espacio anular entre la boquilla y la garganta. Las características de la bomba en cuanto a la cavitación responden sensiblemente a esta área en la figura N 23 también se muestra en la nomenclatura de la bomba jet. Figura N 22 Funcionamiento de la bomba Jet Fuente: Dresser Oil Tools Elaborado por: Julio Sánchez D. 47

72 Figura N 23 Principio físico de la bomba Jet P1 q1 H1 P2 q2 H2 Fuente: Manual de operaciones Bomba Jet Claw - Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 3.2 TIPOS DE BOMBAS JET Sertecpet ha desarrollado sus propias bombas Jet que son: Jet Claw Directa; Jet Claw Reverse y Jet claw Smart que varían en la tubería que se toma para la inyección del fluido motriz y la tubería por la cual se produce 6 6 Sertecpet. Manual para operaciones de campo Jet Claw

73 3.2.1 BOMBA JET CLAW DIRECTA La bomba Jet Claw Directa (Véase figura Nº24), es utilizada en pozos de producción de petróleo de forma continua y en operaciones de pruebas de pozos. Está compuesta por 11 partes fijas, las partes más importante son: la boquilla y la garganta. Se puede asentar en una camisa, cavidad, mandril de gas Lift y coiled tubing. Construida en acero de alta calidad. Puede adaptar sensores de presión o muestreadores para análisis PVT. Puede ser removida a la superficie hidráulicamente o utilizando slick line. Figura N 24 Elementos - Bomba Jet Claw directa Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 49

74 3.2.2 BOMBA JET CLAW REVERSA Son recomendables para pozos nuevos o con altos contenidos de sólidos ya que las partículas sólidas abrasivas pasan fácilmente por la bomba Jet Claw (Figura Nº 25). Son usadas en pozos arenados, evitando la acumulación de arena sobre el packer. Figura N 25 Elementos - Bomba Jet Claw Reversa Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 50

75 El fluido motriz es inyectado por el espacio anular y la producción más la inyección retorna por el tubing, los fluidos del reservorio son recuperados una vez que la capacidad de la tubería de producción que se encuentra sobre la bomba ha sido desplazada, lo que implica un ahorro de tiempo de operación BOMBA JET CLAW SMART Es una Jet Claw convencional (Figura Nº 26) para camisa de 3 ½. Está compuesta de dos secciones: la parte interna conformada por una bomba Jet Claw directa de 2 3/8, acoplado a la válvula de cierre de fondo y asegurada con pines de ruptura. En esta bomba se acoplan directamente las memorias electrónicas en su parte inferior, que sirven para tomar los datos de fondo del pozo. Además consta de una parte externa en donde se ubican los elementos sellantes. Se puede correr y recuperar con unidad de cable liso o hidráulicamente. Figura N 26 Corte transversal Bomba Jet Claw Smart Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 51

76 3.3 DIFERENCIAS ENTRE BOMBA JET CONVENCIONAL Y BOMBA JET REVERSA La principal diferencia entre estos dos tipos de bombas se encuentra en la estructura de cada bomba, la posición de la boquilla, garganta y la vía de inyección del fluido motriz. La ubicación de la boquilla y garganta es diferente en los dos tipos de bombas. (Figura Nº 27) Figura N 27 Diferencias entre Bomba Jet Claw y Bomba Jet Directa Fuente: Manual para operaciones de campo Bomba Jet Claw - Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 52

77 3.3.1 BOMBA JET CLAW REVERSA La vía de inyección del fluido motriz cuando se usa un Bomba Jet Reversa es por el anular (El fluido ingresa por la parte inferior de la bomba) y el fluido motriz mas producción retorna por el tubing. En este caso la boquilla se encuentra abajo y la garganta arriba Esta bomba se desplaza con Wire Line Los resultados se obtienen en menor tiempo Esta bomba se recupera con Wire Line Las presiones de operación son bajas BOMBA JET CLAW CONVENCIONAL 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 mas producción retorna por el espacio anular. En este caso la boquilla está arriba y la garganta esta abajo Esta bomba se desplaza hidráulicamente Los resultados se obtienen en mayor tiempo Esta bomba se recupera Hidráulicamente Las presiones de operación son altas 53

78 3.4 COMPARACIÓN DE LA BOMBA JET CON LA BOMBA TIPO PISTÓN Este proceso está basado en el principio hidráulico que establece que: Si se ejerce una presión sobre la superficie de un líquido contenido en un recipiente, dicha presión se transmite en todas las direcciones con igual intensidad. Esto significa que la presión proporcionada en la superficie al fluido motriz, es la misma que se aplica a los pistones de la unidad de bombeo, obligándolos a impulsar los fluidos producidos por el yacimiento hacia la superficie. El bombeo hidráulico Tipo Pistón ha tenido gran aceptación en los últimos años; ya que ofrece ventajas que lo diferencian de otros sistemas de levantamiento artificial. Puede alcanzar profundidades hasta de pies y para sustituir o darle mantenimiento al mecanismo (motor - bomba) no se requiere equipo de reparación, únicamente se invierte el sentido del fluido motriz y es desacoplado el motor y la bomba, haciéndose llegar a la superficie por el desplazamiento del fluido motriz (bomba tipo libre). Otras ventajas son: 1. Tiene buena flexibilidad sobre un amplio rango de tasas (5000 bls/día). 2. Puede operarse en pozos direccionales. 3. Es de fácil adaptación para su automatización. 4. Fácil para agregar inhibidores de corrosión. 5. Puede instalarse como un sistema integral. 6. Es adecuado para el bombeo de crudos pesados. 7. Puede instalarse en áreas reducidas (plataformas) o en áreas urbanas. 54

79 3.5 PRINCIPALES ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE LA BOMBA JET A continuación (Figura Nº 28) se presenta las principales partes que integran una bomba hidráulica Jet Claw Convencional. Figura N 28 Principales elementos constitutivos Bomba Jet Fuente: Manual para operaciones de campo Bomba Jet Claw - Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 55

80 3.5.1 NOZZLE (BOQUILLA) Es una parte fabricada de aleación para que soporte grandes presiones, la característica de esta boquilla es que el extremo superior tiene un diámetro más grande que el extremo inferior. Esto para crear mayor velocidad y menor presión a la salida de la boquilla (extremo inferior) El fluido motriz pasa atraves de esta boquilla donde virtualmente toda su presión se transforma en energía cinética THROAT (GARGANTA) También se la conoce como tubo mezclador es la parte de área constante en donde se mezcla el fluido inyectando y el fluido producido ESPACIADOR Es el dispositivo que se coloca entre la boquilla y la garganta, es aquí en donde entra el fluido producido con el fluido inyectado DIFUSOR Tiene un área expandida donde la velocidad se transforma en presión suficiente para levantar los fluidos a la superficie. 56

81 3.6 PARÁMETROS PARA LA SELECCIÓN DE UNA BOMBA HIDRÁULICA TIPO JET EFICIENCIA La eficiencia de una instalación de Bombeo Hidráulico Tipo Jet está definida como la relación de la potencia ganada por los fluidos del pozo a la pérdida de potencia del fluido motriz. Para seleccionar una bomba hidráulica jet apropiada es muy importante determinar el tamaño de la tobera la presión de operación en la superficie la tasa del fluido motriz y la potencia hidráulica. Para la selección y diseño del sistema de bombeo hidráulico con bomba tipo jet se necesita tener los siguientes parámetros: SEDIMENTO BÁSICO Y AGUA (BSW) Es la cantidad en porcentaje de sedimentos (arena, parafina) y agua presente en el fluido de formación, la determinación exacta es importante para los cálculos de la pruebas y para el control de incrementos bruscos de agua en el pozo, esto dependiendo del tipo de arena en producción. 57

82 3.6.3 GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL CRUDO (GRADOS API) La gravedad específica del crudo es un valor adimensional (sin medidas) por cuanto es una relación de la gravedad de un fluido (petróleo) con respecto a otro fluido (agua). La gravedad específica del petróleo se ha estandarizado con los valores obtenidos por el Instituto Americano del Petróleo (API) de ahí su nombre, en grados API y a 60 F RELACIÓN GAS / PETRÓLEO (GOR) Medida del volumen del gas producido con el petróleo, expresada con pies cúbicos estándar por barril fiscal. 3.7 CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS PRESIÓN DE INYECCIÓN (CABEZAL DEL POZO) Esta presión viene a representar la presión con la cual está trabajando la bomba hidráulica, una pérdida de presión en el tubing indicara que existen recirculación posiblemente debido a un daño en la cavidad; en el válvula standing; empacadura desasentada o hueco en la tubería, esta presión refleja la capacidad de flujo del pozo y la contrapresión que tiene que vencer hasta llegar al separador de prueba; variaciones grandes de esta presión pueden iniciar taponamiento de la línea de flujo o rotura de la misma en el trayecto. 58

83 3.7.2 TUBERÍA DE REVESTIMIENTO (CASING) La tubería de revestimiento (casing) es normalmente un conducto de acero que se baja desde la superficie hasta distintas profundidades en el pozo. Constituye la primera línea de defensa del pozo contra: derrumbe, pérdida de circulación, mezcla de los fluidos por invasión de una formación a otra. Además, es la base para la instalación del equipamiento del pozo EMPACADURA Es una herramienta que sirve para aislar los espacios de la tubería de producción con la tubería de revestimiento, es decir que en bombeo hidráulico es muy importante ya que no permite la recirculación del fluido de formación y juega un papel importante en la descarga de la bomba TUBERÍA AUXILIAR DE REVESTIMIENTO (LINER) La tubería auxiliar de revestimiento es la que se instala luego de haber fijado otras columnas de revestimiento. En general, la tubería auxiliar de revestimiento no se extiende hacia la superficie sino que queda suspendida y se sostiene de un dispositivo denominado colgador. 59

84 3.7.5 TUBERÍA DE PRODUCCIÓN (TUBING) Este es el principal conductor de los fluidos producidos por el pozo. Protege el casing de la presión y la corrosión. El tamaño varía de varias pulgadas a una fracción de pulgada. Los tamaños más comunes son de 27/8 pulgadas (73,02mm) de diámetro externo de 23/8 pulgadas (60,32mm) de diámetro interno. En general el tubing se extiende desde la boca del pozo hasta la zona de producción. Se clasifica según el tamaño (diámetro externo, diámetro interno, diámetro externo de la cupla, diámetro interno de la cupla) según el peso (libras / pies, kg/m); y en grados tales como J-55 y de N-80. El tubing puede construir con materiales sofisticados para soportar las presiones las velocidades y la corrosión que provocan los fluidos del pozo y el medio ambiente. 3.8 COMPORTAMIENTO DE ENTRADA DE FLUIDOS La relación entre el caudal de producción y la presión en el fondo del pozo cuando hay producción se conoce como el comportamiento de entrada de fluidos. Este comportamiento equivale a la capacidad de un yacimiento para entregar sus fluidos. Es sumamente importante poder examinar estimar y predecir en qué medida habrá que reducir la presión de fondo de pozo para lograr un caudal deseado de producción con el fin de poder diseñar cualquier método de levantamiento artificial. Para todos los métodos de levantamiento artificial incluyendo el bombeo Hidráulico Tipo Jet, el sistema de bombeo tiene que diseñarse para proporcionar la energía adicional requerida para levantar la producción hasta la superficie al ritmo deseado. 60

85 Para un determinado pozo en un momento dado hay una sola presión de fondo asociado con un caudal específico de producción y esa presión se puede predecir. Para deducir con exactitud el rendimiento de la Bomba Hidráulica Tipo Jet en un pozo, es necesario saber la presión de fondo para el caudal deseado de producción determinada por el comportamiento de entrada difluidos en ese pozo PRESIÓN DE OPERACIÓN La presión de operación depende fundamentalmente de la profundidad del pozo, del diámetro interno del casing y tubing. Esta presión debe ser la necesaria para vencer la columna de fluido que se encuentra en el anular y tubing, para que el fluido motriz más el de producción lleguen a la superficie. A menudo, el operador prefería usar menos fluido motriz y tener mayor presión para minimizar la taza de fluido motriz, y por ende reducir la fricción en el tubing y el volumen de fluido a ser manejado y tratado en superficie. Otros operadores pueden preferir manejar grandes volúmenes de fluido en superficie, en cambio para disminuir el mantenimiento del equipo de superficie, asociado con bajas presiones de operación. Las perdidas por fricción en los conductos del fluido serán menores con pequeños conductos de fluido a alta presión, y en superficie el tratamiento y separación de la mezcla del fluido motriz será más fácil. Por ejemplo las relaciones de bombeo grandes (valores de pequeños) será considerada más conveniente la aplicación exitosa de estas relaciones dependiendo de la correcta interpretación de los datos del pozo. 61

86 Con las consideraciones anteriores en mente, se sugiere que la instalación diseñada se base en la presión que se estime para la unidad de alta presión en superficie API DEL FLUIDO MOTRIZ Un fluido motriz con alta viscosidad puede producir pérdidas excesivas por fricción dentro del sistema. Esto, a su vez incrementa la presión de operación y, por consiguiente, los requisitos de potencia para el trabajo de levantamiento en ese pozo. Por lo tanto, en algunos casos resultaría prohibitivo utilizar el crudo producido como fluido motriz. El agua por su baja viscosidad, puede utilizarse en estos casos. Hay instalaciones hidráulicas donde el agua producida se utiliza como motriz y como diluyente para aligerar un crudo de baja gravedad API que se está bombeando. En la evaluación se ha utilizado como fluido motriz el agua de producción con 10 grados de gravedad API aproximadamente. Las modificaciones en la bombas multiplex en la superficie para incrementar la presión con petróleo o usando agua motriz, se limitan principalmente al lado de la bomba que entra en contacto con el fluido. 62

87 Lo que normalmente implica un cambio en el material utilizado para esta parte de la bomba. Por ejemplo, la bomba tendrá en contacto con el petróleo motriz piezas de hierro dúctil o acero forjado. Las piezas que entran en contacto con agua motriz, en cambio, serán de aluminio o bronce para resistir los efectos corrosivos del agua PROFUNDIDAD DE LA BOMBA La ubicación de la bomba en la completación depende de la profundidad de las formaciones productoras, manteniendo un porcentaje de emergencia del 20% sobre el intervalo de la formación productora PROFUNDIDAD VERTICAL VERDADERA TVD Es la profundidad vertical verdadera de la tubería, es obtenida de un registro de survey de un pozo, se utiliza para la selección de la bomba jet (determina la presión de descarga de la bomba JET CLAW) PROFUNDIDAD MEDIDA MD Es la profundidad medida en la tubería, es obtenida por medio de medición de cinta, cuando se está subiendo o bajando la tubería, se utiliza para el cálculo de las pérdidas de presión por fricción desde la formación hasta la entrada a la bomba jet. 63

88 3.9 NOMENCLATURA Y FORMULACIÓN (FUNCIONAMIENTO BOMBA JET) NOMENCLATURA A continuación se presenta las abreviaturas que se utilizará para la explicación de esta parte. (Véase cuadro y Figura Nº 29) Presiones en el sistema Inyección: n --- Pn Succión: s Ps Descarga: d ---- Pd Presiones en el sistema Inyección: n ---- Qn Succión: s Qs Descarga: d Qd Pn = Presión en el orificio (nozzle pressure) Ps = Presión de succión de bomba; (pump suction pressure) Pd = Presión de descarga de bomba; (Pump discharge pressure) Qn = Caudal de inyección (Power fluid) Qs = Caudal de succión (Produced fluid) Qd = Caudal de descarga (Qs+Qn) An = Área del orificio (nozzle section) At = Área de la garganta (throat section) As = Área de succión (At-An). (Fig. Nº29) RELACIONES DE CONTINUIDAD Inyección: n Succión: s Descarga: d Velocidad en la Garganta, Vt : / / 64

89 Figura N 29 Nodos de interés en el sistema Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D PÉRDIDAS DE PRESIÓN El modelo de Mezcla de LORENZ utilizado, no prevé en detalle los flujos, se aplica en una forma y escala macroscópica. Luego, las pérdidas en el levantamiento asociadas son proporcionales al cuadrado de la diferencia de las velocidades a los flujos que se mezclan. Entonces, la pérdida de energía en función del tiempo en la zona de la mezcla o garganta se expresa como 7 : L Maxi Oil & Gas de Venezuela C.A, Nomenclatura - formulación Bombas Jet 65

90 Donde: L = Perdidas de energía. Qn = Caudal de inyección (Power fluid); (ft/s) Уfm = Gravedad especifica del fluido motriz (gr/cm) Vn = Velocidad de inyección (ft/s) Vt = Velocidad en la garganta (ft/s) g = Gravedad (ft/s²) Qs = Caudal de succión (Produced fluid) (ft/s) Gs = Gravedad especifica de la mezcla (gr/cm) Vs = Velocidad de succión (ft/s) PRESIÓN DE DESCARGA La energía suplida a en la descarga Boquilla (En) por unidad de tiempo, se expresa como: Donde: Hn = Capacidad levantamiento del fluido motriz, en pies. Hd = Capacidad levantamiento del fluido en la descarga, en pies. Уm = Gravedad Especifica de la mezcla del fluido motriz, en Lpc/pie Qn = Caudal de inyección (Power fluid); (ft/s) En = Energía en la descarga. 66

91 3.9.5 ENERGÍA DE SUCCIÓN La energía adicionada en el tiempo al fluido de producción (Es), se expresa como: Donde: Hs = Capacidad Levantamiento del fluido del pozo, en pies. Hd = Capacidad Levantamiento del fluido en la descarga, en pies. Уm = Gravedad especifica del fluido o mezcla de los fluidos del pozo, en (Lpc/Pie) Qs = Caudal de succión (Produced fluid); (ft/s) Es = Energía de succión RELACIONES DE LEVANTAMIENTO La Relación de Levantamiento N está asociada a las capacidades netas de cada fluido (Crudo, Motriz y Mezcla), se expresa como: / Donde: Hs = Levantamiento Total, del fluido de la formación, en Pies. Hn = Levantamiento Total, del fluido motriz, en Pies. Hd = Levantamiento Total, del fluido en la descarga, en Pies. N = Relación de levantamiento 67

92 3.9.7 RELACIÓN DE EFICIENCIA La Eficiencia de una bomba Jet está definida por una relación entre la pérdida de potencia del fluido producido en función de las pérdidas de potencia del fluido motriz, se expresa como: RELACIONES DE MASAS La relación de flujo, viene expresada por: / La Eficiencia (Ef.) también se define por: Donde: Qn = Caudal de inyección (Power fluid). Qs = Caudal de succión (Produced fluid). Pn = Presión en el orificio (nozzle pressure). Ps = Presión de succión de bomba; (pump suction pressure). Pd = Presión de descarga de bomba; (Pump discharge pressure). H = Altura del levantamiento. M = Relación de flujo. Ef. = Eficiencia. 68

93 3.9.9 RELACIONES DE COMPORTAMIENTO El rendimiento de las Bombas Tipo Jet es geométricamente similar, ya que conservan el mismo número de Reynolds descrito en la ecuación anterior de la Eficiencia. Un grafico de estos valores, esto es N vs M, para algunos valores de R, se puede generar el Rendimiento o curvas de Comportamiento de las Bombas Tipo Jet. (Figura N 30) COEFICIENTES DE FRICCIÓN Las respectivas eficiencias están asociadas al valor de M (Relación fe Flujo) y siempre usan los coeficientes encontrados por O Brien y Gosline, estos son: Kn = 0,15 (Boquilla) Kt = 0,28 (Tobera) Ks = 0,0 (Succión) Kd = 1,0 (Difusor) Figura N 30 Curvas de Comportamiento Coeficiente de fricción. Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 69

94 RENDIMIENTO La relación de áreas seleccionadas cubre un rango relativo de Levantamiento, por Ej. R = 0,41 Esto significa que el Levantamiento es alto y la bomba maneja tasas bajas. R = 0,16 Esto significa que el Levantamiento es bajo y la bomba maneja tasas altas RELACIÓN DE EFECTIVIDAD Esta relación de efectividad viene dada en consecuencia de los datos de rendimiento (R), dependiendo del valor de este valor da como resultado una mayor o menor longitud de levantamiento, como también un mayor o menor volumen de producción como se muestra en la Fig. Nº 31. Figura N 31 Relación de efectividad Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 70

95 RE ELACIÓN DE D BOQU UILLA Y GA ARGANTA A B Jet,, En el proccedimiento tanto para la selección; cambio; o evaluación de una Bomba existe unaa variedad de combinaaciones de geometríass tomando een cuenta la l siguientee gama de diámetros d de boquillas y gargantass. La gran variedad v de diámetros de boquillaa (Nozzle) y gargantas (Throat) quue se confiiguran en unna bomba hhidráulica tip po jet es dee gran impoortancia parra la selecciión, evaluacción o cambbio de la diicha bombaa, refiriendoo se a difereentes fabricaantes del meercado. (Tab bla Nº 1 y Nº N 2) Tab bla N 1 Dimenssiones de Boquilla B y Garganta G diferentes fabricantees Fuente: Maanual para opperaciones de d campo Bom mba Jet Claw w - Sertecpett Elab borado por:: Julio Sánchhez D. 71 7

96 Tabla Nº 2 Tamaños Nominales TAMÑOS NOMINALES Tubería Bomba Tipo Diámetros Jet Convencional 3,812 4 ½ Jet Reversa 3,812 Jet Convencional 2,812 3 ½ Jet Reversa 2,812 Jet Convencional 2, /8 Jet Reversa 2,312 Jet Convencional 1, /8 Jet Reversa 1,845 Fuente: Manual para operaciones de campo Bomba Jet Claw - Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D EFECTO DE CAVITACIÓN Como puede deducirse de la ecuación de Relación de Levantamiento, por Ej: 1 2 Hd = Levantamiento Total, del fluido en la descarga, en Pies. PIP = Presión de succión del fluido Gravedad específica del fluido Ks = Coeficiente de succión Vs = Velocidad de succión La presión a la entrada de la garganta siempre será menor que la presión de succión del fluido (PIP) y mayor que cero. 72

97 Si se reduce por debajo de la presión de vapor del fluido (Pv), esta presión será enviadaa a la garganta y provoca la cavitación, con sus efectos negativos. Siempre Pv será la mínima presión en la entrada a la garganta. (Fig. Nº 32) EJEMPLOS DE CAVITACIÓN Figura N 32 Localización de los tipos de Cavitación Bombas Jet Ejemplo A.- Cavitación en la entrada de la garganta, es provocado por el fluido de producción. Se necesita de un tamaño mayor de garganta, posiblemente el próximo mayor. Ejemplo B.- La cavitación en el extremo inferior de la garganta y entre el difusor es causada por el fluido motriz, usualmentee indica menor presión de intake. Solución: : disminuir el tamaño de la garganta y presión de operación. Ejemplo C.- Erosión por arenaa 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. 73

98 Ejemplo D.- 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. Fuente: Manual para operaciones de campo Bomba Jet Claw - Sertecpett Elaborado por: Julio Sánchez D RELACIÓN ENTRE LA PRESIÓN Y LA VELOCIDAD DE INYECCIÓN FLUIDO MOTRIZ 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. (Fig. N 33 y 34) 74

99 Figura N 33 Relación: Presión Velocidad de inyección de fluido motriz Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. Figura N 34 Selección de la Presión de inyección del fluido motriz Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 75

100 3.10 SELECCIÓN DE LA BOMBA JET La bomba jet seleccionada para producir en un pozo debe tener suficiente capacidad para lograr el caudal de producción que aproveche toda la capacidad del pozo. Al mismo tiempo, habrá que mantener el caballaje requerido en la superficie en un nivel razonable. La tarea de seleccionar la bomba jet apropiada exige determinar la geometría capaz de lograr el caudal de producción, pero capaz también de operar dentro de los requisitos deseados de caballaje, o sea a un nivel optimizado de potencia. (Figura Nº 29) Los cálculos se han realizado mediante un programa de computadora para la obtención de la geometría de la boquilla, garganta y el cálculo de la presión de fondo fluyente. Para el diseño de una bomba hidráulica tipo jet es necesario tomar en cuenta los siguientes datos básicos; (Anexo 2). Presión estática o presión del reservorio. Ps, Pr (psi) Presión de fondo fluyente. (asumido) Pwf. (psi) Presión de cabeza (psi) Presión de operación ( triplex) (psi) API del fluido producido Relación gas petróleo GOR Sedimento básico y agua BSW (decimal) Temperatura del yacimiento y superficie ( F) Gravedad específica del gas y del agua. 76

101 Diámetro externo e interno del tubing y el diámetro interno del casing Profundidad de la tubería (pies) Producción deseada. Barriles de fluido por día (BFPD) Fluido motriz usado (agua, petróleo) API del fluido motriz. Profundidad de la bomba (pies) Longitud de la tubería en superficie (pies) Estos datos se consideran para seleccionar la geometría de la boquilla y garganta, y se tiene como resultado: Barriles de agua inyectados por día (BIPD) Presión de entrada a la bomba Pwf. (psi) Presión de descarga (psi) Rango de cavitación. Eficiencia de la bomba (%) Potencia (HP). Se prueba con diferentes geometrías de boquilla y garganta hasta tener la geometría óptima de trabajo. De igual forma, el programa permite cambiar la presión de la bomba de superficie, así podemos saber si durante la evaluación podemos incrementar la presión. De igual manera, la geometría óptima se selecciona tomando en cuenta los diferentes parámetros analizados de la tabla de selección de bombas. Cuando se incrementa la presión de la tríplex, necesariamente debe bajar la presión de entrada a la bomba e incrementar la producción si aún la presión esta sobre el punto de burbuja. A continuación un diagrama de cálculo de Pwf y datos para la selección de la bomba jet como se muestra en la figura N

102 Figura N 35 Calculo de la Pwf y selección de la Bomba Jet. Fuente: Manual para operaciones de campo Bomba Jet Claw - Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 78

103 3.11 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UTILIZAR BOMBAS JET VENTAJAS. Con una Bomba Jet Oilmaster se puede producir hasta BFPB 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 solidas abrasivas pasan fácilmente por la Bomba Jet. El recubrimiento de carburo de tungsteno de la boquilla y la garganta brinda larga duración 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. 79

104 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. Cuando los pozos producen con una bomba jet, adicionalmente el BSW (%) es alto tendremos mayor consumo de químicos (desmulsificantes), las unidades de poder trabajaran a mayores revoluciones por minuto por lo tanto se consumirá mayor cantidad de combustible. 80

105 CAPÍTULO IV

106 CAPÍTULO IV 4. ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DEL BOMBEO HIDRÁULICO JET EN LA PRODUCCIÓN DEL POZO LIBERTADOR 123. En este capítulo se presenta el estudio realizado al sistema de Bombeo Hidráulico (Bomba Jet Claw- Directa - Sertecpet) en la producción del pozo Libertador 123, (Fig. Nº 36); su funcionamiento (problemas y averías); Análisis comparativos del actual sistema instalado con otros posibles sistemas o bombas de Levantamiento Artificial, basado en el volumen y calidad de producción del pozo Libertador 123; los procedimientos de evaluación de cada una de las partes internas de la bomba. También el estudio de las facilidades de superficie empleado, y la presentación de las fallas y problemas más comunes que se presentaron en el sistema de Bombeo Hidráulico Jet, como también sus posibles soluciones. 4.1 ANÁLISIS DEL POZO. En el presente análisis es indispensable obtener las condiciones y características del pozo productor y los siguientes datos: Obtener toda la información del pozo a trabajar. Revisar la carpeta de pruebas del pozo. Mantener reunión con la operadora para coordinar el trabajo y verificar posibles errores en los datos obtenidos por ellos (como pruebas de producción mal tomadas). Chequear parámetros de superficie en el pozo, determinar posible causa de falla. Verificar eficiencias del motor y de la bomba (en caso de ser bomba pistón). 81

107 Figura N 36 Índice de Productividad (IPR), Método: Voguel Libertador 123 Reporte a la profundidad del reservorio Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. La completación actual del pozo Libertador 123 con sus respectivos componentes de fondo (Fig. Nº 37). 82

108 Figura N 37 Completación Actual de fondo del pozo Libertador 123 Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 83

109 4.2 BOMBA UTILIZADA - JET CLAW DIRECTA (SERTECPET) Para la producción de este pozo se tiene un tubing de OD = 2-7/8 y de ID = 2,441, y de una camisa (Sliding Sleeve) de OD = 2-7/8 y de ID = 2,312, en el siguiente grafico y cuadro se indica las especificaciones técnicas de la Bomba Jet utilizada: como su diámetro de sellos que es de 2,312 ; y la producción con tales dimensiones. (Figura Nº 38); (Anexo 4) Figura N 38 Bomba Jet Claw Especificaciones técnicas Fuente: Manual para operaciones de campo Bomba Jet Claw - Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 84

110 4.2.1 CARACTERÍSTICAS Trabaja en pozos verticales, horizontales o desviados. Existen 483 posibles geometrías que permiten rangos de producción desde 50 hasta más de BFPD. Se repara en la locación en 15 minutos. Se asienta lo más cercano posible a la formación productora lo que permite que la información de presión y temperatura sean recopilados sin efecto de almacenamiento, específicamente en pozos verticales. Se desplaza hidráulicamente. Esta bomba se desplaza hidráulicamente Los resultados se obtienen en mayor tiempo Esta bomba se recupera Hidráulicamente Las presiones de operación altas Como resultado de este análisis los resultados en superficie se obtienen en menor tiempo cuando se usa la Bomba Jet Reversa. Debido a que 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, de tal forma que en superficie se obtiene el fluido con la producción en menor tiempo; (Anexo 5) 4.3 EQUIPOS PRINCIPALES USADOS EN LA COMPLETACIÓN DEL POZO SLIDING SLEEVE - CAMISA (TYPE L EUE - 2 7/8 ) Equipo con orificios dispuestos en su parte media de manera especial para permitir la comunicación entre la tubería de producción y el espacio anular. 85

111 En el interior de la camisa se aloja un elemento deslizable denominado Closing Sleeve que posee los elementos sellantes y que, mediante su operación permite abrir o cerrar los orificios de la camisa, de esta forma se permite o se impide el paso de fluido del tubing al casing o viceversa. Esta se instala en el ensamblaje de fondo del pozo (BHA). (Fig. Nº 39) Figura N 39 Camisa- Sliding Sleeve Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. A continuación se presenta los tipos de configuraciones disponibles de camisas dependiendo del OD Nominal; para nuestro caso actual se utiliza una Camisa (Sliding Sleeve) de OD = 2-7/8 y de ID = 2,312 (Tabla Nº 3); (Anexo 1). 86

112 Tabla Nº 3 Datos técnicos de las Camisas Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D SEATTING NIPPLE (TYPE R EUE - 2 7/8) Aplicaciones Para instalar tapones que permitan: Cerrar o aislar el flujo a través del tubing. Cerrar el pozo en el fondo. Instalar check valve (standing valve) para probar la tubería de producción en operaciones de work cover, etc. Instalar choques para reducción de presiones fluyentes de superficie o en el fondo para prevenir congelamiento cuando se tiene pozos de gas. Instalar registradores de presión y temperatura. Prevenir perdidas de herramientas en el interior del pozo. 87

113 Características y Ventajas La superficie sellante tiene un acabado muy liso para que se acople los sellos de cualquier herramienta. (Tabla Nº4) En esta completación se utilizo Camisa (Sliding Sleeve) de OD = 2-7/8 y de ID = 2,312 ; (Anexo 3). Tabla Nº 4 Datos técnicos del Nipple (NO -GO) Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D 88

114 4.3.3 PACKER (EMPACADURA) Aplicaciones La empacadura ETI-FH puede ser operada en instalaciones de empacadura simple, ubicada en la parte inferior en instalaciones de tuberías múltiples que usan empacaduras hidráulicas o empacaduras hidráulicas dobles o también puede ser usada en tandem en aplicaciones para pozos productores multi-zonas o producción selectiva. La empacadura ETI-FH es ideal para pozos desviados donde las condiciones no son adecuadas para empacaduras mecánicas. En esta completación se utilizo una empacadura de OD = 5,5 y de ID = 2,7/8. (Fig. Nº 40); (Anexo 7) Figura N 40 Empacadura ETI-FH Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 89

115 Características No se requiere manipulación de la tubería. Presiones operacionales hidrostáticas de a psi. Se puede asentar únicamente por presión de tubería de producción a cualquier profundidad. La presión de asentamiento inicial es mecánicamente asegurada en los elementos de sello. (Tabla Nº 5) Tabla Nº 5 Especificaciones técnicas - Empacaduras Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 90

116 4.4 EQUIPOS EN LA SUPERFICIE UNIDAD DE BOMBEO (MTU) - SERTECPET Movil Testing Unit (MTU), es una Unidad de Bombeo utilizado para la producción y evaluación de pozos por medio de Levantamiento hidráulico CARACTERÍSTICAS La unidad proporciona el fluido motriz de inyección, para el adecuado funcionamiento de la bomba jet claw en el subsuelo El fluido motriz es filtrado y no daña la formación. La separación de fluido (petróleo, agua, gas) es óptima. Se puede desplazar la producción hasta la estación si es necesario con presión del separador. Mide la cantidad de fluido de gas y líquido PARTES A continuación se describen las partes tomando en cuenta las especificaciones Técnicas ((Fig. Nº 41) Motor de combustión interna Caterpillar 3406 Caja de velocidades Fuller (5 Velo.) Reductor de velocidades Bombeo de desplazamiento positivo 300q 5H Manifold de inyección Módulo de separador trifásico (Petróleo agua y gas) Plataforma de transportación 91

117 Figura N 41 Unidades de bombeo MTU Sertecpet Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. Motor Caterpillar Modelo 3406 c rpm. El motor 3406 está equipado con un arrestallamas en la entrada de aire y un arrestador de chispa en la salida de gases de escape. Además otros dispositivos de shutoff que reúnen la especificación BP200 (British Petroleum), la instalación puede estar certificada para Zona II de aplicaciones en el campo Petrolero; (Anexo 10). Caja reductora de 5 velocidades para velocidades de bomba múltiplex requerida. 92

118 Bomba quíntuplex National Oilwell 300Q-5H Potencia entregada de rpm; (Anexo 15) Máxima presión de descarga = 4000 psi Amortiguador de pulsaciones en succión y descarga. Plunger D= 1 7/8 con 5 de carrera. Separador Horizontal Trifásico D = 60 ; Ls-s = 12 Capacidad de fluido dinámico de BFPD; (Anexo 8) Capacidad de gas 12 MMSCFD. Tiempo de residencia de 2 a 4 minutos. Capacidad estática de 36 bls. Disponibles presiones de trabajos de separadores = 230 psi; 330 psi; 720 psi. Manifold Uniones universales y fittings para 5000 psi. Válvulas de tapón, esfera y retención integrales. 93

119 4.5 PROBLEMAS FRECUENTES PRESENTES EN LA OPERACIONES CON BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET EN EL POZO LIBERTADOR 123 A continuación se indican los problemas y fallas que se produjeron durante la producción de la bomba Jet Claw Sertecpet en el pozo Libertador 123 (Tabla Nº 6) Tabla Nº 6 Producción promedio con bomba Jet Claw 7-A (2010)- Pozo Libertador 123. Fecha Q Bruto Q Agua Q Petróleo Falla o problema analizado (bfd) (bwd) (bpd) 22/09/ , ,26 196,37 Reducción de la taza de 15/09/ , ,72 159,367 producción - presión constante 08/09/ , ,23 205,425 (bomba jet) 20/08/ , ,30 188,821 Problemas en la unidad de 18/08/ , ,75 195,276 bombeo (MTU) Sertecpet - 04/08/ , ,76 203,790 Fuga de fluido motriz en bomba Quíntuplex. 30/07/ , ,50 174,853 Problemas en la unidad de 25/07/ , ,45 235,009 bombeo (MTU) Sertecpet - 21/07/ , ,80 211,933 Cambio de asientos y bolas por caída de presión en la inyección 27/06/ , ,81 216,876 Incremento en el fluido motriz / 13/06/ , ,72 222,817 sin incremento de la velocidad de 08/06/ , ,98 185,969 circulación 94

120 Continuación Fecha Q Bruto Q Agua Q Petróleo Falla o problema analizado (bfd) (bwd) (bpd) 19/05/ , ,96 176,033 Incremento en la presión de 10/05/ , ,16 167,191 operación - Bomba Jet produce 02/05/ , ,87 262,526 25/04/ , ,13 170,633 Incremento en la presión de 17/04/ ,27 882,79 147,476 operación - Bomba Jet no Opera. 06/04/ ,92 875,31 109,608 21/03/ ,42 798,33 98,094 Reducción súbita de la presión 12/03/ ,78 744,09 89,691 de operación - Bomba Jet no 09/03/ ,63 866,23 102,398 Opera 23/02/ ,22 899,03 104,192 17/02/ ,53 891,29 101,238 Condición física de la garganta. 10/02/ ,08 935,02 104,056 25/01/ ,71 876,21 95,505 15/01/ ,14 938,94 100,203 Presión en el Casing la Bomba 05/01/ ,66 952,20 99,45 no sale del asiento Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 95

121 4.5.1 ANÁLISIS DE LA REDUCCIÓN DE LA TAZA DE PRODUCCIÓN - PRESIÓN CONSTANTE (BOMBA JET) En este caso y en los demás se mostrará el reporte y criterios de los técnicos representantes de la empresa fabricante, y también el análisis realizado en esta investigación tomando en cuenta lo establecido en los manuales de operación y mantenimiento del Sistema de Bombeo Hidráulico- tipo Jet, pertenecientes a Sertecpet y Dresser Oil tolos; (Anexo 16) SITUACIÓN: REDUCCIÓN DE LA TASA DE PRODUCCIÓN Tabla Nº 7 Bomba Jet - Características Tubing (OD): Producción máxima Nozzles (Pulg) Profundidad (Ft) (Pulg) (Bls/día) 27/8 2, Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D ANÁLISIS DE LA EMPRESA FABRICANTE. Después de que la empresa realizó el estudio de la bomba en el taller, los equipos y verificó los datos de producción del pozo como presiones y niveles de producción concluyó que las razones posibles del bajo nivel de producción fueron: taponamiento de bomba, también una posible fuga en la línea de retorno de producción. 96

122 ANÁLISIS DEL AUTOR. Una vez revisado el reporte de la empresa y demás datos de la bomba, además del taponamiento de la bomba también se concluye que hubo un cambio importante en las condiciones del pozo al producirse un incremento del gas libre en el fluido producido, lo cual generó una fuga en el venteo de gas o en algún punto de la sarta de tubería el cual se revisó posteriormente. Por esta situación no hubo una eficiente transferencia de energía entre el fluido motriz y el fluido producido ANÁLISIS DE PROBLEMAS EN LA UNIDAD DE BOMBEO (MTU) SERTECPET SITUACIÓN: APAGADO DEL SISTEMA; FUGA DE FLUIDO MOTRIZ EN BOMBA QUÍNTUPLEX. Tabla Nº 8 Bomba Quíntuplex National Oilwell 300Q-5H - Características Potencia entregada Potencia entregada Amortiguador de pulsaciones psi Succión y descarga. rpm. Embolo 1 7/8 con 5 de carrera. Fuente: Sertecpet Elaborado por: Julio Sánchez D. 97

123 ANÁLISIS DE LA EMPRESA FABRICANTE Una vez detectada la fuga en la bomba quíntuplex, se determinó que la causa de que el sistema se haya apagado fue la baja succión y descarga de esta bomba. Lo que se concluyó después de desarmar la bomba que uno de los tres émbolos no estaba funcionando correctamente, por encontrarse atascado debido a la ruptura de sus pasadores ANÁLISIS DEL AUTOR. Efectivamente hubo fugas y por lo tanto problemas en el sistema debido al mal funcionamiento de la bomba quíntuplex ya que de esta depende en gran medida la presión de inyección o desplazamiento del fluido que ingresa al pozo y por ende a la Bomba Jet en subsuelo. Como hubo una baja presión de inyección nos indicó que la bomba entró en cavitación por succión anormal (escasez de fluido), lo cual desembocó en un apagado del sistema por presión baja. En este caso para cambiar los émbolos y pasadores se realizó los siguientes pasos: Se apagó el motor y despresurizó el sistema, tanto en el lado de baja como de alta presión, evitando contaminar la plataforma. Con 2 llaves de tubo numero 36 se desconectó del plunger (Pasador) de 1 7/8 del embolo intermedio. Con un dado de 2 3/16 se aflojó las 4 tuercas del retenedor del stuffing Box (Caja de relleno) y se retiró la misma. Se realizó el cambio de Embolo y Pasadores El ajuste de las tuercas que sostienen el stuffing Box se torquearon a lb. Finalmente se armó la Bomba con las partes nuevas ya instaladas. 98

124 4.5.3 ANÁLISIS DE PROBLEMAS EN LA UNIDAD DE BOMBEO (MTU) SERTECPET - CAMBIO DE ASIENTOS Y BOLAS POR CAÍDA DE PRESIÓN EN LA INYECCIÓN SITUACIÓN: CAMBIO DE ASIENTOS Y BOLAS EN BOMBA QUÍNTUPLEX ANÁLISIS DE LA EMPRESA FABRICANTE. Una vez que se constató la disminución de la presión de inyección, y después que se dejó pasar un tiempo la bomba quíntuplex no incrementó esta presión, se determinó la necesidad de realizar un cambio de asientos y bolas en la bomba quíntuplex porque no estaba funcionando correctamente ANÁLISIS DEL AUTOR. Previamente al cambio de asientos y bolas fue importante descartar posibles causas de daños en la Bomba Jet, tubería de completación y falta de fluido motriz. Una vez que se efectuaron estas comprobaciones, para proceder al cambio de estas partes se siguió los siguientes pasos: Se apagó el motor y despresurizó el sistema. Con una llave de pico Número 24 se aflojó las 5 tapas coberteras de los cilindros Se retiró el retenedor de las canastillas, Resorte, las bolas, canastillas, el asiento y sello de las canastillas. De igual forma para la otra canastilla. Se limpió completamente el cilindro para inspeccionar que no hubiera rayaduras, ni principio de corte de fluido. 99

125 Una vez que se cambió las bolas y los asientos se armó las partes tomando en cuenta que por cada cilindro van 3 cellos, 2 canastillas, 2 asientos, 2 bolas, 2 resortes y 1 retenedor ANÁLISIS DEL INCREMENTO EN EL FLUIDO MOTRIZ / SIN INCREMENTO DE LA VELOCIDAD DE CIRCULACIÓN SITUACIÓN: NO HAY BUENA CIRCULACIÓN DEL FLUIDO INYECTADO ANÁLISIS DE LA EMPRESA FABRICANTE. Se determinó taponamiento o daños físicos en la garganta de la Bomba Jet en el subsuelo y de la válvula de pie ANÁLISIS DEL AUTOR. Si el ritmo de la bomba no sube, aunque se inyecte mucho más fluido motriz al pozo, primero hay que asegurarse que la bomba múltiplex y la presión de succión de la bomba estén bien. Como se observó que estaba funcionando normalmente esta baja velocidad de circulación se da por taponamiento con la acumulación de parafina en la Bomba Jet (Garganta) o en la tubería de producción ANÁLISIS DEL INCREMENTO EN LA PRESIÓN DE OPERACIÓN - BOMBA JET PRODUCE SITUACIÓN: INCREMENTO EN LA PRESIÓN DE OPERACIÓN. 100

126 ANÁLISIS DE LA EMPRESA FABRICANTE. Luego de observar los síntomas de los fluidos producidos se determinó que el aumento gradual de la presión de operación se debió principalmente a que el nivel del fluido de producción cayó gradualmente, y el porcentaje de agua (BSW) se incrementó gradualmente. Para lo cual se sacó la bomba para la revisión de boquilla, válvulas, y luego se incremento gradualmente la presión de inyección de la bomba con el objetivo de limpiar cualquier obstrucción que haya en la línea de producción y sacar el incremento del agua ANÁLISIS DEL AUTOR. Las causas antes mencionadas son las más indicadas pero también este incremento de la presión pudo haberse dado en gran medida por un taponamiento de la tubería de producción, de inyección o de la bomba; la razón más probable tendría que haber sido la acumulación paulatina de parafina en las paredes de dichas partes mencionadas. Pero no se consideró de gran importancia esta causa ya que el petróleo producido era de una densidad API (American Petroleum Instituto) = 35º, lo que indica que no posee en su composición una cantidad importante de parafina ANÁLISIS DEL INCREMENTO EN LA PRESIÓN DE OPERACIÓN SITUACIÓN: BOMBA JET NO OPERA. 101

127 ANÁLISIS DE LA EMPRESA FABRICANTE. Después de sacar la bomba se determinó que la bomba (boquilla) se encontraba taponada por acumulación de parafinas y arena. También como observaciones se informó una posible obstrucción en la línea de producción lo cual se genera por cambio súbito en las condiciones del pozo ANÁLISIS DEL AUTOR. Este taponamiento de la boquilla y de la línea de producción no solo se debió al cambio súbito de las condiciones del pozo, sino también a las condiciones del fluido motriz (deficiente procesamiento en superficie, con impurezas y emulsiones). Para solucionar este problema se incremento la presión de inyección, para lo cual se considero subir también gradualmente la regulación de la válvula de alivio de presión de la bomba quíntuplex, esto debido a que la presión de operación ya estaba alta ANÁLISIS DE LA REDUCCIÓN SÚBITA DE LA PRESIÓN DE OPERACIÓN - BOMBA JET NO OPERA SITUACIÓN: REDUCCIÓN DE LA PRESIÓN DE OPERACIÓN ANÁLISIS DE LA EMPRESA FABRICANTE. Luego de que se observo los síntomas y realizó la inspección se encontró que hay insuficiente caudal de fluido motriz desde los tanques en superficie hasta el fondo del pozo. 102

128 ANÁLISIS DEL AUTOR. En este caso la Bomba Jet se encontró en buenas condiciones, por lo que la escasez de fluido motriz fue la causa del no funcionamiento de la bomba jet, por lo que se revisó el volumen de fluido descargado de la bomba quíntuplex, una válvula dañada o tapada en las líneas de superficie. Por otro lado también se debe verificar si no hay daño en la tubería de producción, en tal caso se debe retirarla y repararla si hay fuga ANÁLISIS DE LA CONDICIÓN FÍSICA DE LA GARGANTA DE LA BOMBA JET SITUACIÓN: DESGASTE POR CORROSIÓN Y EROSIÓN ANÁLISIS DE LA EMPRESA FABRICANTE. Después de sacar y revisar la Bomba Jet se determinó que por la gran velocidad que alcanza el fluido al entrar a la garganta, en este sitio la presión es menor que la presión de burbuja de los fluidos; lo cual provocó desgaste por cavitación ANÁLISIS DEL AUTOR. La cavitación de la garganta en la Bomba Jet fue la principal causa de desgaste en el momento de la producción. Pero también el fluido producido conlleva arena que fue erosionando el material de la garganta. Por estas razonas se le cambió con una de material y tamaño más apropiadas. 103

129 4.5.9 ANÁLISIS CUANDO HAY PRESIÓN EN EL CASING SITUACIÓN: LA BOMBA JET NO SALE DEL ASIENTO ANÁLISIS DE LA EMPRESA FABRICANTE. Después de que se incrementó la presión inversa (por el anular) a través del fluido motriz la bomba no llega a superficie por lo que se produjo un atascamiento alrededor de la Bomba Jet en el subsuelo ANÁLISIS DEL AUTOR. La Bomba Jet se encontraba atascada alrededor del cilindro de la propia bomba por debajo del cuello de sellamiento de la cavidad debido a la acumulación de arena lo que estaba impidiendo que la parte inferior de la bomba pase y retorne a superficie. Para solucionar este problema se introdujo una herramienta de pesca para recuperar dicha bomba. 104

130 CAPÍTULO V

131 CAPÍTULO V 5.1 CONCLUSIONES. Después de haber realizado el análisis completo del funcionamiento de la Bomba Hidráulica Tipo Jet; se puede concluir que las partes más importantes de dicha bomba son: la garganta, el espaciador, difusor y nozzle ya que del área de estos elementos va a depender en gran medida la producción del pozo. En lo referente a los elementos constitutivos de la bomba Jet se puede decir que hay dos partes sujetas a gran desgaste que son la boquilla y la garganta. Las partes internas de la bomba pueden ser reemplazadas y acopladas en el campo por algún técnico. La contaminación del fluido motriz es la causa más frecuente de daños en la bomba Jet y en la bomba triplex, ya que este retorna a la superficie y va produciendo desgaste en las partes internas de los equipos y empiezan las fallas. Con la utilización de una Bomba Hidráulica - Jet en operaciones de extracción de petróleo, se puede lograr una buena durabilidad del producto; pero analizando los datos de producción (promedio 159 barriles de petróleo por día) durante el año 2010 en el pozo Libertador 123 se puede decir que da como resultado una producción relativamente baja en comparación con la producción de otros pozos del oriente ecuatoriano, pero sin duda hay que tomar en cuenta que en este pozo hay un gran porcentaje de corte de agua (promedio % 87,88), de ahí el bajo volumen de crudo limpio. 105

132 En este caso la bomba tiene que ser seleccionada con mayor rigurosidad tanto en lo que se refiere a la configuración entre el tamaño de la garganta y la boquilla como los materiales de fabricación; de tal forma que al tener en el fluido producido elementos corrosivos o desgastantes (arena) no provoque daños considerables en la geometría de la bomba y no tener problemas de producción. El principal problema que afecta en este pozo al Sistema de Bombeo Hidráulico Tipo Jet es el manejo del cambio de las condiciones del pozo; principalmente cuando se encuentra la presencia de gas tanto en solución como libre, Ya que esto provocó que las tazas de producción bajen y la presión de operación decrezca. 5.2 RECOMENDACIONES Es indispensable el uso de un fluido motriz libre al máximo de sólidos materiales abrasivos y gases, que afectaran gravemente la operación y vida útil de la bomba en el subsuelo y de la unidad de fuerza en la superficie. Y por supuesto de esto dependerá en gran medida el éxito y la economía del proyecto. El Bombeo Hidráulico Tipo Jet debe ser ejecutado por personal bien capacitado para el manejo tanto de equipos de superficie como el de fondo de pozo, para de esta manera obtener un rendimiento óptimo y poder evitar problemas en el funcionamiento del sistema. Se debería usar el Bombeo Hidráulico Tipo Jet en locaciones donde no haya acceso terrestre, ya que esto no sería un problema para la unidad de bombeo de superficie (que se analizó en este trabajo) ya que dispone de gran facilidad para ser helitransportado y además no requiere de una torre para la reparación de la bomba. 106

133 Es recomendable que la compañía operadora capacite a su personal para que pueda seleccionar y analizar adecuadamente el sistema de Bombeo Hidráulico Tipo Jet en los pozos en los que está instalado este sistema de levantamiento artificial. Tomar muy en cuenta el fluido motriz inyectado que se encuentre en óptimas condiciones principalmente con poco porcentaje de parafinas, lo cual puede generar acumulaciones en las tuberías, en la bomba jet, etc.; lo cual afectaría a la presión del sistema incrementándola sin el aumento de la tasa de producción. 107

134 ANEXOS

135 Anexo 1 Hoja de datos medidas y tolerancia de equipos Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D. 108

136 Anexo 2 Hoja de datos para diseñar bomba jet claw, de la CIA. Sertecpet.. Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D 109

137 Anexo 3 Hoja para la selección de medidas de la válvula de pie y el NO - GO Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D 110

138 Anexo 4 Bomba Jet Claw de la CIA, Sertecpet Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D Anexo 5 Bomba Jet Claw Sertecpet (Mantenimiento) Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D 111

139 Anexo 6 Bomba Jet Claw con cavidad Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D Anexo 7 Empacaduras Hidráulicas para BHA Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D 112

140 Anexo 8 Separador trifásico - MTU Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D Anexo 9 Medidor de presión y de gas Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D 113

141 Anexo 10 Motor Caterpillar - MTU Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D Anexo 11 Variador de frecuencia - - MTU Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D 114

142 Anexo 12 Programa de mantenimiento en las unidades MTU de Sertecpet CIA LTDA Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D 115

143 Anexo 13 Variables de entrada = Operación Bomba Jet Claw Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D 116

144 Anexo 14 Diferentes tipos de completaciones: Simples, dobles y triples Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D 117

145 Anexo 15 Bomba Quíntuplex 300Q-5H Fuente: Sertecpet. Elaborado por: Julio Sánchez D 118