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8/17/2019 Bombeo electrosumergible produIII.docx

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Bombeo electrosumergible

El bombeo electrosumergible es un sistema de levantamiento artifcial aplicadopara desplazar volúmenes de crudo con una alta efciencia y economía, enyacimientos potencial mente rentables (o en su deecto con grandesprospectivas) y en pozos proundos, con el objeto de manejar altas tasas deujo. Este mtodo es aplicado generalmente cuando se presentan lossiguientes casos!

" #lto índice de productividad." $aja presi%n de ondo." #lta relaci%n agua & petr%leo." $aja relaci%n gas & lí'uido.

El $E se basa en la utilizaci%n de bombas centríugas (de múltiples etapas) desubsuelo ubicadas en el ondo del pozo, estas son accionadas por motores

elctricos.

El $E tiene un rango de capacidades 'ue va desde ** a +*** $-, trabaja aproundidades entre los *** y /*** pies, el rango de efciencia est0 entre1 & 213 y puede ser usado en pozos tanto verticales como desviados oinclinados.4a tcnica para dise5ar las instalaciones de bombeo electrosumergible consisteen! seleccionar una bomba 'ue cumpla los re'uerimientos de la producci%ndeseada, de asegurar el incremento de presi%n para levantar los uidos, desdeel pozo 6asta la estaci%n, y escoger un motor capaz de mantener la capacidad

de levantamiento y la efciencia del bombeo.

Este es un mtodo de levantamiento artifcial altamente efciente para laproducci%n de crudos livianos y medianos7 sin embargo, es uno de los mtodosde e8tracci%n de crudo 'ue e8ige mayor re'uerimiento de supervisi%n, an0lisisy control, a fn de garantizar el adecuado comportamiento del sistema.9ste 6a probado ser un sistema artifcial de producci%n efciente y econ%mico.En la actualidad 6a cobrado mayor importancia debido a la variedad de casosindustriales en los 'ue es ampliamente aceptado.En la industria petrolera, comparativamente con otros sistemas artifciales deproducci%n tiene ventajas y desventajas, debido a 'ue por diversas razones nosiempre puede resultar el mejor.

:iene como principio undamental levantar el uido del reservorio 6asta lasuperfcie, mediante la rotaci%n centríuga de la bomba electrosumergible. 4apotencia re'uerida por dic6a bomba es suministrada por un motor elctrico'ue se encuentra ubicado en el ondo del pozo7 la corriente elctrica, necesariapara el uncionamiento de dic6o motor, es suministrada desde la superfcie, yconducida a travs del cable de potencia 6asta el motor.


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Sus ventajas son:

• uede levantar altos volúmenes de uidos• ;aneja altos cortes de agua( aplicables en costa a uera)• uede usarse para inyectar uidos a la ormaci%n.• u vida útil puede ser muy larga.• :rabaja bien en pozos desviados•


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4os e'uipos de superfcie est0n conormados por el cabezal de descarga, elvariador de recuencia o el controlador de arran'ue directo, la caja de uni%n oventeo y por el conjunto de transormadores.Entre los componentes de accesorios se pueden listar la v0lvula de drenaje, lav0lvula de venteo, los soportes en el cabezal, los centralizadores y las bandas

de cable.

Descrici!n del e"uio de bombeo Electrosumergible.-

?na unidad típica de bombeo electrocentríugo sumergido est0 constituida enel ondo del pozo por los componentes! motor elctrico, protector, secci%n deentrada, bomba electrocentríuga y cable conductor. 4as partes superfciales

son! cabezal, cable superfcial. :ablero de control, transormador.

e incluyen todos los accesorios necesarios para asegurar una buenaoperaci%n, como son! separador de gas, ejes para cable, e8tensi%n de lamua, v0lvula de drene. @0lvula de contrapresi%n, centradores, sensor depresi%n y temperatura de ondo, dispositivos electr%nicos para control delmotor, caja de uni%n, y controlador de velocidad variable.

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4a integraci%n de los componentes es indispensable, ya 'ue cada uno ejecutauna unci%n esencial en el sistema para obtener las condiciones de operaci%ndeseadas 'ue permitan impulsar a la superfcie el gasto re'uerido.

Comonentes suer#ciales.-

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Banco de Trans$ormaci!n El%ctrica:

Es a'uel 'ue est0 constituido por transormadores 'ue cambian el voltajeprimario de la línea elctrica por el voltaje re'uerido para el motor.

Este componente se utiliza para elevar el voltaje de la línea al voltaje re'uerido

en la superfcie para alimentar al motor en el ondo del pozo7 algunos est0ne'uipados con interruptores CtapsC 'ue les dan mayor e8ibilidad de operaci%n.e puede utilizar un solo transormador tri0sico o un conjunto de trestransormadores mono0sicos.

Tablero de control:

Es el componente desde el 'ue se gobierna la operaci%n del aparejo deproducci%n en el ondo del pozo. -ependiendo de la calidad de control 'ue sedesea tener, se seleccionan los dispositivos 'ue sean necesarios paraintegrarlos al tablero. Este puede ser sumamente sencillo y contener

únicamente un bot%n de arran'ue y un usible de protecci%n por sobre carga7 obien puede contener usibles de descone8i%n por sobrecarga y baja carga,mecanismos de relojería para restablecimiento autom0tico y operaci%nintermitente, protectores de represionamiento de líneas, luces indicadores dela causa de paro, amperímetro, y otros dispositivos para control remoto, lostipos de tablero e8istentes son electromec0nicos o bien totalmentetransistorizados y compactos.

&ariador de 'recuencia:

ermite arrancar los motores a bajas velocidades, reduciendo los esuerzos en

el eje de la bomba, protege el e'uipo de variaciones elctricas.

Caja de venteo:

Est0 ubicada entre el cabezal del pozo y el tablero de control, conecta el cablede energía del e'uipo de superfcie con el cable de cone8i%n del motor,adem0s permite ventear a la atm%sera el gas 'ue uye a travs del cable,impidiendo 'ue llegue al tablero de control.

e instala por razones de seguridad entre el cabezal del pozo y el tablero decontrol, debido a 'ue el gas puede viajar a lo largo del cable superfcial y

alcanzar la instalaci%n elctrica en el tablero. En la caja de viento o de uni%n,los conductores del cable 'uedan e8puestos a la atm%sera evitando esaposibilidad.

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Cabe(al de descarga:

El cabezal del pozo debe ser e'uipado con un cabezal en el tubing tipo6idratante o empa'ue cerrado.

4os cabezales de superfcie pueden ser de varios tipos dierentes, de los

cuales, los m0s comúnmente utilizados son!

• :ipo Drcules, para baja presi%n• :ipo oscado, para alta presi%n

4os cabezales tipo Drcules, son utilizados en pozos con baja presi%n en elespacio anular, y en instalaciones no muy proundas. Estos poseen un colgadorde tubería tipo cu5a, y un pasaje para el cable. El cable de potencia cruza atravs de ellos 6asta la caja de venteo, y es empacado por un juego de gomasprensadas.

4os cabezales roscados se utilizan en operaciones CFosta #ueraC, pozos conalta presi%n de gas en el espacio anular o para instalaciones a altaproundidad. En ellos la tubería esta roscada al colgador, y este se suspendedel cabezal.

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El colgador cuenta con un orifcio roscado, junto al de la tubería de producci%n,en el cual se coloca un conector especial (;iniG;andrel). El cable de potenciase empalma a una cola de cable, de similares características, 'ue posee unconector en uno de sus e8tremos. Este conector se conecta con el delpenetrador del colgador.

En el lado e8terior del cabezal, se instala otra cola de cable, de inerior calidad,'ue cuenta con un conector en 0ngulo, 'ue se conecta al penetrador delcolgador. El otro e8tremo se conecta a la caja de venteo en superfcie.

)ccesorios.-

Fon el prop%sito de asegurar una mejor operaci%n del e'uipo es necesariocontar con algunos accesorios.

&*lvula de contra resi!n.-

e coloca de una a tres lingadas de tubería por arriba de la bomba. Estav0lvula permite el ujo en sentido ascendente, de manera 'ue cuando el motordeja de trabajar, impide el regreso de la columna de uidos y evita el giro de laec6a de la bomba en sentido contrario, lo cual la da5aría.

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&*lvula de drenaje.-

#l utilizar v0lvula de retenci%n debe utilizarse una v0lvula de drenaje una juntapor encima de est0, como actor de seguridad para cuando se re'uiera circularel pozo del anular a la tubería de producci%n.

e coloca de una a tres lingadas por arriba de la v0lvula de contra presi%n. uunci%n es establecer comunicaci%n entre el espacio anular y la tubería deproducci%n, con el prop%sito de 'ue sta se vacíe cuando se e8trae el aparejodel pozo. ara operarla, se deja caer una barra de acero desde la superfcie porla tubería de producci%n7 la barra rompe un perno y deja abierto un orifcio decomunicaci%n con el espacio anular.

Controlador de velocidad variable.-

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Este dispositivo puede ser considerado como e'uipo accesorio u opcional,únicamente bajo ciertas circunstancias 'ue impone el mismo pozo.Eventualmente la inormaci%n disponible para eectuar un dise5o no es deltodo confable y como consecuencia se obtiene una instalaci%n 'ue no operaadecuadamente7 anteriormente la alternativa sería redise5ar e instalar un

nuevo aparejo, debido a 'ue el sistema de bombeo elctrico trabaja avelocidad constante para un mismo ciclaje.

En otros casos, algunos pozos son din0micos en cu0nto a par0metros depresi%n de ondo, producci%n, relaci%n gasGaceite y otros para los cuales no esrecomendable la operaci%n de un aparejo con velocidad constante. 4oanteriormente e8puesto limita la aplicaci%n del sistema a pozos estables dondeel número de etapas de la bomba, sus dimensiones y velocidad podrían serconstantes.

El controlador de velocidad variable permite alterar la recuencia del voltaje

'ue alimenta al motor y por lo tanto modifcar su velocidad. El rango de ajustede la recuencia es de A* a +* Dz, lo 'ue implica su amplio rango develocidades y por lo tanto de gastos 'ue es posible manejar. ?na altarecuencia incrementa la velocidad y el gasto7 una baja recuencia, losdisminuye.

Centrali(adores.-

Fomo su nombre lo indica, se utilizan para centrar el motor, la bomba y elcable durante la instalaci%n. e utilizan en pozos ligeramente desviados, paramantener el motor centrado y así permitir un enriamiento adecuado. :ambinevitan 'ue el cable se da5e por roce con el revestidor, a medida 'ue es bajadoen el pozo.

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#l utilizar centralizadores se debe tener cuidado de 'ue estos no giren omuevan 6acia arriba o 6acia abajo la tubería de producci%n.

Bandas de Cable.-

:ambin se denominan ejes, se utilizan para fjar el cable de potencia a latubería de producci%n durante la instalaci%n, y el cable de e8tensi%n del motoral e'uipo. 4as bandas se abrican de tres materiales distintos!

• $andas de acero negro, se utilizan en pozos donde no e8ista

corrosi%n.• $andas de acero ino8idable, se usan en pozos moderadamente

corrosivos.• $andas de monel, se usan en ambientes corrosivos.

Itros accesorios pueden ser los sensores de presi%n y de temperatura deondo, cajas protectores para transporte del e'uipo, etc.

4a integraci%n de todos los componentes descritos es indispensable, ya 'uecada uno ejecuta una unci%n esencial en el sistema, para obtener en lasuperfcie el gasto de lí'uido deseado, manteniendo la presi%n necesaria en la

boca del pozo.

Comonentes Subsuelo.-

on a'uellas piezas o componentes 'ue operan instalados en el subsuelo. 4ascompa5ías de bombeo electrosumergible se especializan en la abricaci%n de

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estos e'uipos, mientras 'ue los componentes de los otros dos grupos sonconsiderados miscel0neos.

El conjunto de e'uipos de subsuelo se encuentra constituido por la bombacentriuga, la secci%n de entrada est0ndar o el separador de gas, la secci%n desello o protector, el motor elctrico.

Sensor de 'ondo.-

El sensor de presi%n es un e'uipo 'ue se coloca acoplado en la parte fnal delmotor. Est0 constituido por circuitos 'ue permitan enviar se5ales a superfcieregistradas mediante un instrumento instalado en controlador, convirtiendoestas, en se5ales de presi%n a la proundidad de operaci%n de la bomba.

Fuando se utiliza un variador de recuencia, la inormaci%n del sensor puedeser alimentada a un controlador, para mantener una presi%n de ondodeterminada, mediante el cambio de la velocidad de la bomba.

Este sistema est0 compuesto por una unidad de lectura de superfcie, undispositivo sensor de presi%n yJo un instrumento sensor de temperaturacolocado en la tubería de producci%n. El sensor de ondo est0 conectado a launidad de lectura de superfcie, a travs de los bobinados del motor y el cablede potencia.

El sensor puede registrar la presi%n de la parte interna de la tubería deproducci%n, o la presi%n de entrada a la bomba, llamada presi%n uyente en elpunto de ubicaci%n de la bomba.

El sensor de presi%n es activado por el nivel del uido yJo la presi%n de gas enel pozo. e calibra autom0ticamente cuando se dan cambios de temperatura,a intervalos específcos. -urante este tiempo las lecturas de presi%n ytemperatura permanecen inalterables en pantallas, permitiendo la realizaci%nde registros manuales.

?n e'uipo de superfcie se utiliza para manejar la inormaci%n proveniente delondo del pozo, en tiempo real. Esta inormaci%n puede ser solamentemostrada, o enviada a otro sistema de monitoreo, para poder ser e8traída yprocesada posteriormente.

#dem0s, dependiendo de la aplicaci%n, e8iste un sensor de ondo de acuerdo ala temperatura de trabajo7 unciona en presiones de 6asta /*** psi.


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Motor el%ctrico.-

Es la uente de potencia 'ue genera el movimiento a la bomba para mantenerla producci%n de uidos. e recomienda colocarlo por encima de lasperoraciones.

El motor elctrico colocado en la parte inerior de aparejo, recibe la energíadesde una uente superfcial, a travs de un cable7 su dise5o compacto esespecial, ya 'ue permite introducirlo en la tubería de revestimiento e8istenteen el pozo y satisacer re'uerimientos de potencial grandes, tambin soportauna alta torsi%n moment0nea durante el arran'ue 6asta 'ue alcanza lavelocidad de operaci%n, 'ue es apro8imadamente constante para una mismarecuencia, por ejemplo! A/** revoluciones por minuto (rpm) a 2* ciclos porsegundo (Dz).


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Protector.-

Este componente tambin llamado ecci%n sellante ver =igura /, se localizaentre el motor y la bomba! est0 dise5ado principalmente para igualar lapresi%n del uido del motor y la presi%n e8terna del uido del pozo a laproundidad de colocaci%n del aparejo.

4as unciones b0sicas de este e'uipo son!

• ermitir la igualaci%n de presi%n entre el motor y el anular.• #bsorber la carga a8ial desarrollada por la bomba a travs del cojinete

de empuje, impidiendo 'ue estas se reejen en el motor elctrico.• revenir la entrada de uido del pozo 6acia el motor.• roveer al motor de un dep%sito de aceite para compensar la e8pansi%n

y contracci%n del uido lubricante, durante los arran'ues y paradas dele'uipo elctrico.

• :ransmitir el tor'ue desarrollado por el motor 6acia la bomba, a travsdel acoplamiento de los ejes.

Secci!n Succi!n:

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El siguiente componente a considerar es la succi%n o intaKe. Esta es la puertade acceso de los uidos del pozo 6acia la bomba, para 'ue esta puedadesplazarlos 6asta la superfcie.

E8isten dos tipos b0sicos de succiones o intaKes de bombas!

• 4as succiones est0ndar• 4os separadores de Las

4as succiones est0ndar solamente cumplen con las unciones de permitir elingreso de los uidos del pozo a la bomba y transmitir el movimiento del eje enel e8tremo del sello al eje de la bomba.

Searador de +as:

4os separadores de gas, adem0s de permitir el ingreso de uidos al interior dela bomba, tiene la fnalidad de eliminar la mayor cantidad del gas en soluci%ncontenido en estos uidos. u uso es opcional y se emplea cuando se prevalta L.

El separador de gas (=igura B) es un componente opcional del aparejoconstruido integralmente con la bomba, normalmente se coloca entre sta y elprotector. irve como succi%n o entrada de uidos a la bomba y desvía el gaslibre de la succi%n 6acia el espacio anular. El uso del separador de gas permiteuna operaci%n de bombeo m0s efciente en pozos gasifcados, ya 'ue reducelos eectos de disminuci%n de capacidad de carga en las curvas decomportamiento, evita la cavitaci%n a altos gastos, y evita las uctuacionescíclicas de carga en el motor producidas por la severa intererencia de gas.

B


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E8isten dos tipos de separadores! Fonvencional, y Fentríugo., donde suoperaci%n consiste en invertir el sentido del ujo del lí'uido, lo 'ue permite 'ueel gas libre continúe su trayectoria ascendente 6acia el espacio anular. uaplicaci%n es recomendable en pozos donde a la proundidad de colocaci%n delaparejo, las cantidades de gas libre no son muy grandes. El separador

centríugo, 'ue trabaja en la siguiente orma! en sus orifcios de entrada, recibela mezcla de lí'uido y gas libre 'ue pasa a travs de una etapa de succi%n netapositiva, la cual imprime uerza centríuga a los uidos7 por dierencia dedensidades el lí'uido va 6acia las paredes internas del separador y el gaspermanece en el centro. ?na aletas guías convierten la direcci%n tangencial delujo, en direcci%n a8ial7 entonces el lí'uido y gas se mueven 6acia arriba,pasan a travs de un diusor 'ue conduce a los lí'uidos a la succi%n de labomba y desvía al gas 6acia los orifcios de ventilaci%n, donde el gas libre va alespacio anular por uera de la turbina de producci%n.

Bomba Centr,$uga Sumergible.-

Es de tipo centriugoGmulticapas, cada etapa consiste en un impulsor rotativo yun diusor fjo. El número de etapas determina la capacidad de levantamiento yla potencia re'uerida para ello.

El movimiento rotativo del impulsor imparte un movimiento tangencial al uido'ue pasa a travs de la bomba, creando la uerza centríuga 'ue impulsa aluido en orma radial, es decir, el uido viaja a travs del impulsor en laresultante del movimiento radial y tangencial, generando al uido verdaderadirecci%n y sentido de movimiento.

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u unci%n b0sica es imprimir a los uidos del pozo, el incremento de presi%nnecesario para 6acer llegar a la superfcie, el gasto re'uerido con presi%nsufciente en la cabeza del pozo.

4as bombas centríugas son de múltiples etapas (=igura 2), y cada etapaconsiste de un impulsor giratorio y un diusor estacionario. El impulsor da aluido EF#. El -iusor cambia esta energía cintica en EEde las mismas.

# la vez, la serie est0 directamente relacionada con el di0metro de la bomba,por ejemplo C#C7 C-C7 CLC7 CDC7 Etc.

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En la bomba de impulsores fjos, estos no pueden moverse y el empujedesarrollado por los impulsores los amortigua un cojinete en la secci%nsellante. 4os empujes desarrollados por los impulsores dependen de su dise5o6idr0ulico y mec0nico, adem0s del gasto de operaci%n de la bomba.

Cables.-

4a uni%n elctrica entre los e'uipos descritos, instalados en el subsuelo, y lose'uipos de control en superfcie son los cables.

E8isten varios tipos de cables en una instalaci%n de bombeo electrosumergible!

• E8tensi%n de Fable lano.• Fable de otencia.• Fonectores de uperfcie.

4a e8tensi%n de cable plano, es una cola de cable de características especiales'ue en uno de sus e8tremos posee un conector especial para acoplarlo almotor. En el otro e8tremo este se empalma al cable de potencia.

4a dierencia entre ambos es 'ue este posee las mismas propiedadesmec0nicas y elctricas 'ue los cables de potencia pero son de un tama5oinerior.

Fable Fonductor Elctrico (I:DE#-)

4a energía elctrica necesaria para impulsar el motor, se lleva desde lasuperfcie por medio de un cable conductor, el cual debe elegirse de manera'ue satisaga los re'uisitos de voltaje y amperaje para el motor en el ondo del

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pozo, y 'ue reúna las propiedades de aislamiento 'ue impone el tipo de uidosproducidos.

E8iste en el mercado un rango de tama5os de cable, de confguraci%n plana yredonda, ver =igura H, con conductores de cobre o aluminio, de tama5os al 2.El tama5o 'ueda determinado por el amperaje y voltaje del motor así como porel espacio disponible entre las tuberías de producci%n y revestimiento.

E8isten muc6os tipos dierentes de cable, y la selecci%n de uno de ellosdepende de las condiciones a las 'ue estar0 sometido en el subsuelo.

Fonsiderando la longitud de un conductor para la aplicaci%n de un voltaje dado,los voltios por pie disminuyen conorme el alambre es m0s largo, comoconsecuencia la velocidad del electr%n disminuye lo 'ue resulta en unareducci%n de corriente, en otras palabras, Cla resistencia es directamenteproporcional a la longitud del conductorC.

CONCS/ONES.-

• El mtodo de levantamiento artifcial por $ombeo Electrosumergible($E), tiene como principio undamental impulsar el uido delreservorio 6acia la superfcie, mediante la rotaci%n centríuga de la

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bomba. Este mtodo puede utilizarse para producir uidos de altaviscosidad, crudos con gas y pozos con alta temperatura.

• rincipalmente es una bomba de varias paletas montadasa8ialmente en un eje vertical unido a un motor elctrico. El conjuntose baja en el pozo con una tubería especial 'ue lleva un cable

adosado, para transmitir la energía elctrica al motor. ermitebombear grandes volúmenes de uidos.• El sistema de $ombeo Electrosumergible ($E) 6a demostrado ser

una alternativa altamente efciente para la producci%n de crudoslivianos y medianos en el 0mbito mundial, gracias a las ventajas'ue proporciona en comparaci%n con cual'uier otro mtodo delevantamiento artifcial.

• Este sistema posee la capacidad de manejar grandes volúmenes decrudo, desde /* 6asta **.*** barriles por día ($-), desdeproundidades 6asta de B/H metros.

• El sistema $E permite controlar y programar la producci%n dentro

de los límites del pozo, a travs del empleo del variador derecuencia.

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