¡Descarga Sistemas artificiales de producción y más Monografías, Ensayos en PDF de Geología solo en Docsity!
SISTEMAS ARTIFICIALES DE
PRODUCCIÓN.
1.Definición de un Sistema Artificial de
Producción.
La selección del tipo de sistema artificial más adecuado para un pozo o un grupo de pozos puede ser difícil o fácil, dependiendo de las condiciones del pozo. La explotación de un pozo petrolero se lleva acabo de dos maneras:
a) Sistema fluyente
También conocido como sistema natural, este sistema se compone principalmente de un aparejo de producción donde se aprovecha la energía propia del yacimiento, el cual será capaz de elevar los hidrocarburos hasta la superficie.
b) Sistema artificial
Son aquellos que de acuerdo a su diseño se adecuan a las características del pozo para continuar con su explotación.
Generalmente, más de un método de levantamiento puede ser usado. Cada método de levantamiento podrá ser clasificado de excelente o pobre de acuerdo al cumplimiento del objetivo. Dependiendo de las consideraciones económicas, operacionales y características del pozo ( presión, temperatura, profundidad, etc. ) se podrá elegir un sistema u otro.
Un sistema artificial de producción ( SAP ) es instalado cuando la presión en el yacimiento no es suficiente para elevar el crudo hasta la superficie, llegando al punto donde
un pozo no produce un gasto económicamente rentable. Es decir, el yacimiento no cuentan con la energía suficiente (presión natural) como para producir los hidrocarburos en forma natural, o cuando los gastos de producción no son los deseados.
Los SAP son equipos que aportan energía a los fluidos producidos por el yacimiento, esta operación se realiza para ayudar a vencer las caídas de presión, de tal forma que los fluidos puedan llegar sin problemas a la superficie y pasar por el estrangulador.
Hay dos consideraciones muy importantes que deben tomarse en cuenta en la instalación de un SAP:
1) Aspectos técnicos:
En el se hace un estudio de campo para determinar si es posible instalar un sistema artificial de producción, considerando todos los problemas que puedan presentarse al pozo en la instalación del sistema artificial, y también al yacimiento.
2) El análisis económico
En el se hace un estudio que demuestre los beneficios de instalar un SAP, en éste se incluirá los costos de instalación, los costos de mantenimiento, los operacionales, y los que involucren al cumplimiento de los objetivos de un proyecto.
Dentro de la selección de un SAP se encuentra una serie de pasos, empezando por analizar el lugar en donde será la instalación (costa afuera, costa adentro, etc.) y la infraestructura existente. La selección apropiada del SAP depende del análisis de información de varias disciplinas como perforación, terminación, administración de yacimientos, etc.…
19
colocar un empacador entre estas dos tuberías, el cual mantendrá el gas del espacio anular fuera de la formación entre los ciclos de inyección. Este problema se encuentra en pozos de alta capacidad y baja presión de fondo. Las válvulas de inyección de gas son de tipo fuelle y resorte de carga, sus principales ventajas son:
- Presión constante de operación.
- Es posible cambiar las presiones de operación en superficie.
- Las válvulas son compuestas por acero asiéndolas más resistentes.
Para lograr resultados satisfactorios en un Bombeo Neumático es necesario cumplir con los objetivos establecidos a principio del proyecto y para lograrlo es necesario contar con la información del pozo y del equipo. La información necesaria de un pozo es:
- Presión de fondo fluyendo.
- Índice de productividad.
- Relación gas-aceite de formación.
- Porcentaje de agua.
- Profundidad.
- Tamaño de las tuberías de producción y revestimiento.
- Tipo de mecanismo de empuje del yacimiento.
La información necesaria del equipo es:
- Gastos y presiones (máximas y mínimos) de las tuberías.
- Características del equipo (material y mecánica de diseño)
TIPOS DE BOMBEO NEUMÁTICO
El gas puede ser inyectado de dos maneras: continuo o intermitente.
19
a) Flujo continúo:
El gas es inyectado continuamente a una presión relativamente alta, a la presión de apertura de la válvula operante, el gas entra a través de ésta manteniéndola abierta. El gas se mezcla con el fluido del pozo produciendo un aligeramiento, lo que ocasiona el incremento de la relación de solubilidad del aceite, aligerando la columna y causando que la presión hidrostática de la formación disminuya, lo que permite el ascenso de las dos fases a la superficie
b)Flujo intermitente
En este caso un volumen de gas es inyectado a alta presión a través de la T.R y mediante la válvula operante llega a la T. P, el gas es acumulado en la T.R mientras que en la T.P se acumulan fluidos de la formación, después de cierta cantidad de fluidos acumulados el gas entra en contacto con éste desplazándolos en forma de pistón.
El fluido dentro de la T.P presenta la forma de bache o pistón el cual es impulsado por el acumulamiento de gas que la válvula operante depositó en la T.R.
Tipos de válvulas para el Bombeo neumático
Existen dos tipos de válvulas para el sistema de bombeo neumático, estas son:
a) Válvulas balanceadas.
Una válvula balanceada tiene la característica principal de no estar influenciada por la presión en la T.P cuando está en la posición cerrada o abierta. Esto se debe a que la presión en la T.R actúa en el área del fuelle durante todo el tiempo, esto significa que la válvula abre y cierra a la misma presión.
3.Bombeo Mecánico
Este sistema artificial puede operar eficientemente sobre un amplio rango de características de producción de pozo, es considerado para elevar volúmenes moderados desde profundidades someras y volúmenes pequeños desde profundidades intermedias.
El bombeo mecánico consiste esencialmente en cinco partes:
- La varilla de succión subsuperficial manejada por la bomba.
- La sarta de la varilla de succión el cual transmite el movimiento de bombeo y poder a la bomba subsuperficial.
- El equipo de bombeo superficial el cual cambia el movimiento de rotación del motor primario en el movimiento oscilatorio lineal de bombeo.
- La unidad de transmisión de energía o reductor de velocidad.
- El motor primario el cual proporciona la potencia necesaria al sistema.
La mínima cantidad de información el cual debemos saber, asumir, o incluso determinar con datos aproximados para el diseño e instalación del bombeo mecánico es:
- Nivel del fluido
- Profundidad de la bomba • Velocidad de bombeo
- Longitud de la superficie
- Diámetro de la bomba de embolo
- Gravedad especifica del fluido
- El diámetro nominal de la tubería de producción y si está anclada o desanclada.
- Tamaño y diseño de la varilla de succión.
- Geometría de la unidad.
El sistema de bombeo mecánico tiene como objetivo elevar los fluidos a la superficie con un mínimo de:
- Torsión.
- Carga en la varilla pulida.
- Requerimientos de potencia del motor principal.
- Costos de mantenimiento de la unidad.
- Fallas en la varilla
Los componentes del sistema de bombeo mecánico son: a) La unidad de bombeo mecánico b) Mecanismos superficiales c) Motor principal d) Unidad de transmisión de potencia o reductor de velocidad e) Sarta de varillas de succión f) Bomba subsuperficial g) Tubería de producción
Unidad de bombeo Mecánico
Es un mecanismo que imparte un movimiento reciprocarte a una varilla pulida, la cual a su vez es suspendida en la sarta de varillas de succión, debajo del prensaestopas de la cabeza del pozo. La mayoría de estas unidades su montaje se basa en el método de contrabalanceo, el cual consta de pesos ajustables a las manivelas de rotación o bien de presión de aire empujado hacia arriba para proporcionar el movimiento del balancín. Hay tres tipos de unidades de bombeo mecánico, el de balancín, el hidroneumático y Rotaflex.
19
Bombas más grandes proporcionan; mayor eficiencia, menor costo, mejora el manejo de gas y fluidos viscosos, altos HP y un empuje más alto.
5. Bombeo Hidráulico
El bombeo hidráulico es aquel que genera y transmite energía al fondo del pozo mediante el uso de un fluido presurizado que es inyectado desde superficie a través de una tubería de inyección, hasta una unidad de producción subsuperficial el cual se coloca a cierta profundidad de interés. El fluido presurizado se conoce como fluido de potencia o fluido motriz y puede ser agua o aceite. El fluido motriz acciona una bomba subsuperficial que actúa como un transformador para convertir la energía potencial del fluido motriz en una carga de presión estática, la cual es transmitida a los fluidos producidos para ser llevados hacia la superficie.
Características y capacidades de operación
Sus características y capacidades de operación para este tipo de bombeo son:
- Un rango de presión de 2,000 a 4000 psi en superficie.
- La bomba utilizada es del tipo reciprocante triplex para generar los rangos de presiones mencionados en el punto uno.
- Generalmente se usa una potencia en superficie de 30 y 275 hp.
- Puede utilizarse el aceite crudo producido o el agua como fluido motriz.
- Las profundidades de colocación de la bomba están entre 1,500 y 15,00 pies para el tipo pistón y para el tipo jet entre 1,500 y 10,000 pies.
- Pueden ser inyectados al fondo del pozo junto con el fluido motriz productos químicos para evitar y controlar la corrosión.
19
- Las instalaciones del bombeo hidráulico son adecuados para pozos direccionales, horizontales o aquellos que presentan una desviación.
Tipos de Bombeo Hidráulico.
De acuerdo al tipo de bomba se clasifican en:
a) Tipo pistón
El tipo pistón es aquel que genera y transmite energía al fondo del pozo mediante un fluido bajo presión que fluye desde la superficie a través de una tubería de inyección, hasta una unidad de producción subsuperficial la cual está constituida fundamentalmente de un juego de pistones reciprocantes acoplados entre si por medio de una varilla metálica El juego de pistones está compuesto por uno superior “pistón motor” y que es accionado por el fluido motriz al tiempo que el pistón inferior “bomba” impulsa los fluidos del pozo hacia la superficie.
b) Tipo jet
El tipo jet es aquel que genera y transmite energía al fondo del pozo mediante un fluido bajo presión que fluye desde la superficie y a través de una tubería de inyección, hasta una tobera, una cámara de mezclado y un difusor, el cual forman parte de una unidad de producción subsuperficial. La alta presión del fluido motriz pasa a través de la tobera para ser convertida en un fluido de alta velocidad jet de fluido, el cual se transfiere a los fluidos producidos para ser impulsados hacia la superficie.
Ventajas potenciales de este sistema son:
- La bomba jet puede tolerar fluidos de menor calidad, ya sea fluido motriz o del
pozo, ya que no contienen componentes mecánicos reciprocantes.
- La bomba jet puede ser adaptada a casi cualquier conexión de fondo.
- Profundidad de 1,800 a 3500 m.
- Temperatura de 130º a 178º C.
- No es recomendable para pozos horizontales o direccionales.
Equipo Superficial
a. Motor primario
En el sistema de cavidades progresivas se utilizan motores eléctricos generalmente, sin embargo, en lugares aislados en donde no es posible o resulta muy caro llevar la energía eléctrica se utilizan motores de combustión interna. Las bandas y el reductor de engranes son dispositivos utilizados para reducir la velocidad del motor a velocidades requeridas por la bomba.
b) Cabezal de rotación
Es el encargado de soportar tanto el peso de la sarta de varillas, como el peso generado por la columna de fluidos por el rotor. El cabezal de rotación se selecciona en función de la carga que debe soportar y de las condiciones de fijación de la varilla de accionamiento, y los motores.
Las funciones principales son:
- Proporciona un sello para evitar que los fluidos bombeados se filtren a superficie.
- Absorbe la carga axial generada por la varilla y por el aumento de presión de la bomba.
- Evita las velocidades inversas de las varillas al momento de parar el motor.
c) Estopero
Su objetivo es proporcionar un sello que impida la fuga de fluidos a la superficie, además permite el giro de la varilla pulida.
Accesorios
Su propósito es asegurar una mejor operación del equipo, estos son:
a) Centralizadores.
Colocados en las uniones o cuellos de las varillas, cuando el sistema esté trabajando con altas velocidades. Su función es mantener centralizada la sarta y evitar que haga contacto con la superficie interna de la T.P.
b) Controladores de torque.
Es un dispositivo electrónico que sirve para medir el voltaje, amperaje y potencia del motor. Además sirve para protección del sistema y no como un elemento para variar la frecuencia.
c) Anclas antitorque
Este equipo se conecta debajo de niple de paro y se fija en la T.R mediante cuñas.
Cuando se pone en funcionamiento la bomba, el torque generado hace que las cuñas se aferren al tubo impidiendo el giro del estator.
d) Separadores de gas
Se utilizan en casos donde el volumen de gas libre es considerable. Este dispositivo separa el gas del aceite, una vez separado el aceite es dirigido hacia la bomba, mientras que el gas es transportado al espacio anular.
19
Tipos de sistemas híbridos
Los tipos de sistemas híbridos que existen son cinco:
a) Bombeo electrocentrífugo sumergible con Bombeo Neumático.
b) Bombeo por cavidades progresivas con Bombeo electrocentrífugo sumergible.
c) Bombeo por cavidades progresivas combinado con Bombeo Neumático.
d) Bombeo hidráulico tipo jet con Bombeo Neumático.
e) Pistón viajero con Bombeo Neumático.
a) Bombeo electrocentrífugo sumergible con Bombeo Neumático
En este sistema hibrido, la alta capacidad de elevación de las bombas Electrosumergibles es combinada con las capacidades de reducción de la columna de líquido que proporciona el Bombeo Neumático. El gas es inyectado por encima de la Bomba electrocentrífuga para reducir la densidad de la columna de fluido.
Esta reducción en la columna puede ser tan significativa que puede ahorrar hasta un 40% de energía.
Características principales:
- Reduce los requerimientos de presión para la descarga del Bombeo electrocentrífugo.
- Cuenta con el apoyo de software para su análisis, con el objetivo de mantener el buen funcionamiento del equipo.
b) Bombeo por cavidades progresivas con Bombeo electrocentrífugo sumergible
19
Este sistema hibrido también llamado bombeo de cavidades progresivas Electrosumergible (BCPE) combina la bomba de cavidades progresivas con el motor del BEC. Es ideal para usar en pozos horizontales, con menos varilla en el sistema, eliminará la perdida de fricción en la tubería y la varilla. El sistema es resistente a la producción de arena y ofrece una alta eficiencia de producción de fluidos viscosos. Los gastos, la columna hidrostática y la eficiencia del sistema son controlados usando en superficie un VSD.
Características principales:
- Es un sistema sin varilla que elimina la pérdida por fricción en la tubería y la varilla.
- El elastómero del estator está hecho de una mezcla de componentes diseñado para manejar una variedad de fluidos producidos, sólidos y gases.
- Beneficios
- Alta eficiencia de producción incluso para fluidos viscosos y altos contenidos de sólidos. 5.Producción controlada a través del VSD.
- Manejo de gas gracias al separador de gas.
c) Bombeo por cavidades progresivas combinado con Bombeo neumático.
Este sistema hibrido combina la eficiencia volumétrica y la capacidad de manejo de aceite pesado de la BCP con la capacidad de reducción de la columna de fluido del Bombeo Neumático. El gas es inyectado por encima de la BCP causando que la columna de fluido se reduzca significativamente, por lo que aumentara el rendimiento de la Bomba CP.
Características principales:
- Puede ser instalado con o sin empacadores.
Beneficios
- Bajo volumen de fluido motriz para su operación.
- El pozo puede ser tratado para controlar problemas de corrosión o parafinas.
- Reduce los requerimientos de instalación del BN en superficie.
- Incrementa la profundidad de instalación de la bomba.
e) Pistón viajero con Bombeo neumático.
En este sistema hibrido, se combina un pistón con el BN para incrementar la eficiencia de elevación en pozos con elevación intermitente.
Características principales:
- Varios diseños de émbolos pueden ser usados.
- El embolo puede ser retirado sin intervención.
- Puede ser usado en pozos desviados.
Beneficios
- Mantiene el pozo limpio de parafinas.
- Aumenta la recuperación final de gas y aceite.
- Reduce el equipo superficial del BN.
Los SH son una innovación que ha resultado satisfactoria en aguas someras. En general los sistemas artificiales han evolucionado en la última década, además se han creando nuevas alternativas de producción, con el objetivo de incrementar la vida productiva de un pozo. En capítulos posteriores se describirá otras alternativas de sistemas artificiales, estos sistemas son un gran avance tecnológico en el área de producción, el cual están diseñados no solo para incrementar la producción, sino para reducir gastos de mantenimiento, reparación o intervención del pozo.
