Cap 4 Bes

Bombeo Electrosumergible

MÉTODO DE PRODUCCIÓN

Método de Producción (BES)

1

Bombeo Electrosumergible LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR BOMBEO ELECTROCENTRÍFUGO (ELECTROSUMERGIBLE) - BES. Este sistema de bombeo es utilizado a nivel mundial desde hace aproximadamente 60 años; siendo su aplicación mas común hoy día en la industria petrolera para la extracción de crudo, como sistema de extinción de incendio, en la agricultura para sistemas de riego, en la minería, etc.

Estas unidades están constituidas por un motor eléctrico trifásico electrosumergible, una sección sellante llamada protector, separador y la bomba de subsuelo o centrífuga multietapa que es el elemento mas importante de estos equipos, el cable de potencia y el submarino, cabezal de descarga, la caja de venteo, los transformadores y variador de frecuencia.

Es un sistema

relativamente complejo y requiere de cierto nivel de pericia para su operación y supervisión.

En este sistema, la bomba de subsuelo es una turbomáquina de acción centrífuga o combinada (centrífuga-axial), la cual es accionada por un motor eléctrico, el cual también se encuentra instalado en el fondo. El motor es alimentado con alto voltaje que es conducido desde superficie a través de un cable especialmente diseñado para soportar las rigurosas condicions de operación impuestas dentro de un pozo petrolero. El equipo de subsuelo es bastante complejo, comparado con los sistemas de BMC y BCP. Existen elementos para garantizar el enfriamiento adecuado del motor, sellos para evitar la contaminación del mismo, a la vez que permiten la expansión térmica que experimenta el aceite interno del motor.

En superficie se requiere un transformador para obtener los altos voltajes que utiliza este sistema. En este caso, el uso de un variador de frecuencia es imprescindible para un arranque adecuado y para controlar la velocidad de operación de la bomba. Este sistema permite manejar caudales mucho más elevados que los obtenidos con otros sistemas de bombeo, sin embargo los consumos de potencia por barril por día son también más elevados, especialmente en crudos de alta viscosidad (más de 100 cP).

Método de Producción (BES)

2

Bombeo Electrosumergible Descripción

Un equipo de bombeo electrocentrífugo consta básicamente de una bomba centrífuga de varias etapas, cuyo eje está conectado directamente a través de una sección protectora a un motor eléctrico sumergible, sumergida en el fluido del pozo, y conectada hasta la superficie a través de un cable para suministrar la energía eléctrica del motor. El cable conductor se sujeta al conjunto y a la tubería mediante flejes metálicos flexibles, los cuales son colocados cada 12 a 15 pie. El conjunto motor – protector – bomba, tiene un acoplamiento continuo que se logra mediante ejes de conexión estriada, los cuales tienen como finalidad hacer rotar el protector y la bomba al girar el eje del motor. Bombea el fluido a presión hasta la superficie.

Sistema de Bombeo Electrosumergible

Método de Producción (BES)

3

Bombeo Electrosumergible Rangos de Aplicación

El rango de aplicación de este método de levantamiento se encuentra entre 200 bpd y 5000 bpd para una diversidad de condiciones de operación que van desde crudos pesados, 8.5 API hasta 40 API con viscosidades hasta 5000 cp a condiciones de fondo. Con respecto a profundidades se tienen aplicaciones hasta 12.500 pies con temperaturas de fondo de hasta 350ºF. Con respecto al manejo de gas, una de las principales limitantes, se ha logrado manejar en la bomba porcentajes de gas libre hasta 50%.

Aplicaciones del Levantamiento Artificial por Bombeo Electrosumergible • Se utiliza para manejar grandes volúmenes de líquidos. • Pozos con producciones desde 150 B/D hasta 100.000 B/D. • Pozos con revestimientos pequeños. Ejemplo: 4 ½”. • Pozos con alta y baja viscosidad. • Pozos con alta temperatura de fondo (500ºF). • Pozos con baja regulación gas líquido (RGL).

Método de Producción (BES)

4

Bombeo Electrosumergible Componentes del Equipo

El equipo que integra el sistema de bombeo electrosumergible está constituido por un equipo de superficie y uno de subsuelo, comunicados a través del cable de potencia.

Los equipos de superficie y subsuelo están conformados por componentes. Para facilitar el estudio y aprendizaje de esta lección, se ha estructurado de la siguiente manera.

Equipos de Subsuelo •

Bomba centrífuga.

•

Sección de entrada.

•

Separador de gas.

•

Protector o sección de sello.

•

Motor eléctrico.

•

Sensor de presión.

•

Cable de potencia.

Equipos de Superficie •

Transformadores.

•

Tablero de control y/o variador de frecuencia.

•

Caja de empalme.

•

Cabezal.

La siguiente ilustración muestra los elementos que integran el equipo de subsuelo y de superficie.

Método de Producción (BES)

5

Bombeo Electrosumergible

Elementos que integran el Equipo de Subsuelo y de Superficie

Método de Producción (BES)

6

Bombeo Electrosumergible

Equipo de Fondo del Sistema ESP./BES Configuración Simple

Método de Producción (BES)

7

Bombeo Electrosumergible

Equipo de Fondo del Sistema ESP./BES Configuración Tandem

Método de Producción (BES)

8

Bombeo Electrosumergible EQUIPOS DE SUBSUELO •

Bomba Centrífuga Multietapa

Es el corazón del sistema BES. Posee una longitud que varía entre 20 y 25 pies y generalmente se encuentra ubicada en la parte superior del sistema, pudiendo tomar otra posición de acuerdo con la aplicación que tenga en el pozo.

El aspecto más resaltante de este componente es su característica multietapa. Cada etapa consiste en un impulsor rotatorio y un difusor estacionario. El impulsor le da al fluido energía en potencial (cabeza).

El número de etapas en una bomba determina la altura total generada a cabeza que no es mas que la altura a la cual la bomba eleva el fluido producido y la potencia requerida. Las bombas están disponibles en un amplio rango de capacidades.

El incremento de energía de la presión se efectúa a medida que el líquido bombeado rodea el impulsor. El movimiento rotacional del impulsor le imparte este mismo movimiento al líquido, que es tangencial y dirigido hacia el diámetro externo del impulsor. Este movimiento crea una fuerza centrífuga la cual produce un flujo en dirección radial. La resultante de esta componente es la verdadera dirección del flujo.

El difusor se encarga de cambiar la dirección del fluido. Convierte la energía en altura generada, dirigiendo el flujo hacia el próximo impulsor. Este último le provee mayor energía al fluido. El próximo difusor toma esta energía adicional y la transforma nuevamente en altura, esta operación se repite a través de las múltiples etapas.

La geometría de la etapa es la que controla cuanto volumen puede pasar a través de ella, en otras palabras, la cantidad de flujo no es aditiva, por el contrario es constante.

Método de Producción (BES)

9

Bombeo Electrosumergible

Bomba Centrífuga Multietapa

Método de Producción (BES)

10

Bombeo Electrosumergible Las bombas pueden ser de tres tipos, pero antes de describirlas, es necesario conocer que es el empuje. Este se define como la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un impulsor; estas fuerzas son: 1) Fuerza de gravedad; 2) Fuerza neta resultante de la presión de la superficie de cada impulsor, y 3) Fuerza de impulsión del fluido al entrar de este modo: si la suma de la fuerza predomina en la dirección del difusor inferior, se dice que el empuje es descendente, si por el contrario la fuerza resultante predomina en sentido del difusor superior el empuje es ascendente. •

Bomba de Compresión:

En este tipo de bomba los impulsores se encuentran fijos al eje, de manera que sin movimiento del eje éstos tampoco se moverían. Con el objeto de aligerar la carga en el eje, el cojinete de empuje externo instalado en el protector, absorbe parte de esta fuerza, siendo capaz de manejar cargas mayores que las arandelas de empuje de los impulsores. •

Bomba de Tipo Flotante:

Cada impulsor es libre de moverse en forma axial a lo largo del eje. El difusor superior o inferior detiene al impulsor, dependiendo del tipo de empuje que se aplique sobre este último. Los elementos encargados de absorber las cargas para las bombas flotantes son las arandelas de empuje que se encuentran en todas las etapas de la bomba, sin embargo, la fuerza axial generada por el diferencial de presión que hay a lo largo de la bomba y la cual actúa sobre la sección transversal del eje, es soportada por el cojinete de empuje que se encuentra en el protector.

Este diseño especial elimina todo el empuje sobre el cojinete del protector y lo distribuye sobre las arandelas de los impulsores superiores, es especial para el manejo del empuje axial descendente, el cual es el principal problema que se ha presentado hasta ahora en los equipos instalados en el área de Urdaneta en vista del gran tamaño que presentan las bombas con respecto a los aportes del pozo, es por esta razón que las bombas de este tipo son las mas utilizadas en esta zona. Método de Producción (BES)

11

Bombeo Electrosumergible •

Bomba del Tipo Flotante Bajo (BFL):

Es una combinación de las anteriores. Los impulsores superiores son del tipo compresión y los inferiores son del tipo flotante. Este modelo de bomba ha caído en desuso, esta bomba es ensamblada de tal manera que el empuje hidráulico generado por los impulsores fijos es absorbido por los impulsores flotantes, esta es una de sus principales características.

Si una bomba se encuentra operando a una tasa de flujo mayor que aquella para la cual fue diseñada, se produce un empuje axial ascendente excesivo. En el caso contrario, en que la bomba se encuentre trabajando con una tasa menor a la del diseño se produce empuje axial descendente, ambos extremos traen como consecuencia el desgaste acelerado del cojinete del protector y por lo tanto se reducirá la vida útil del equipo.

Para prevenir este desgaste, la bomba centrífuga debe operar dentro de un rango de capacidad determinado. Este rango es característico para cada bomba y se obtiene de la curva de comportamiento de la misma. Sin embargo la mayoría de las etapas están diseñadas para trabajar con empuje axial descendente. El motivo es que al haber presión hacia abajo el impulsor se sella al difusor inferior. Esto previene una fuga de los abrasivos entre las arandelas de empuje, forzando el paso a través de la bomba. Si el impulsor no hace sello con las arandelas inferiores el fluido puede recircular, disminuyendo la eficiencia en el levantamiento y provocando la erosión de las arandelas de las mismas etapas en el casi de existir abrasivos.

El máximo número de etapas en una bomba esta determinado por:

1.- Potencia requerida por la bomba. 2.- Presión de estadillo de la carcaza de la bomba. 3.- Capacidad de carga del cojinete.

Método de Producción (BES)

12

Bombeo Electrosumergible La bomba centrífuga:

-

Se cuelga de la tubería a través de la cual levanta el fluido hasta la superficie.

-

Esta construida de una serie

de etapas (impulsores y difusores) ubicados en un

alojamiento “housing”. -

Se superponen varias etapas (bombas multietapas) para obtener la altura de columna deseada.

-

Pueden ser de flujo radial o flujo mixto.

-

Los impulsores de la bomba pueden tener libertad de movimiento axial “Flotante”, o pueden estar fijos al eje de la bomba “de compresión”.

Método de Producción (BES)

13

Bombeo Electrosumergible

Partes de la Bomba

Método de Producción (BES)

14

Bombeo Electrosumergible Diferentes Tipos de Impulsores (desde 180 hasta 127.000 BPD):

Diseño de etapas de bomba:

Flujo Radial: Son usadas para caudales aproximadamente BEP:

-

338 series, menos de 1500 BPD.

-

400 series, menos de 2000 BPD.

-

513 series, menos de 3000 BPD.

Las etapas de flujo mixto son usadas para caudales más altos que los indicados arriba para las mismas series.

Rango de Caudales (@60 HZ BEP caudales Min – Max).

-

338 series, 800 – 2500 BPD.

-

400 series, 300 – 6000 BPD.

-

513-562 series, 1200 – 20000 BPD.

-

675 series, 7000 – 35000 BPD.

-

875-900 series, 21000 – 75000 BPD.

-

1025-1038 series, hasta 127000 BPD.

Método de Producción (BES)

15

Bombeo Electrosumergible Etapas de la Bomba

-

Cada etapa de la bomba consta de un impulsor y un difusor.

-

Los impulsores rotan solidarios al eje y giran al ritmo de los RPM del motor.

-

El fluido entra al impulsor por medio de un orificio interno, cercano al eje y sale por el diámetro exterior del impulsor.

-

El difusor (en azul) dirige el fluido hacia el siguiente impulsor.

La Bomba Centrífuga – Empujes

Los impulsores de la bomba pueden tener libertad de movimiento axial “Flotante”, o pueden estar fijos al eje de la bomba “de compresión”.

Método de Producción (BES)

16

Bombeo Electrosumergible La bomba puede ser operada a diferentes velocidades, bien sea por restricciones en la fuente de poder o intencionalmente para modificar su rendimiento. Los parámetros de la bomba, como flujo, columna, potencia, se relacionan con la velocidad del fluido. •

Entradas y Separadores de Gas:

Son las secciones de entrada de fluido al sistema. Están ubicadas entre el protector y la bomba centrífuga, están diseñadas para eliminar el gas del fluido. Conduciendo el gas producido hacia el espacio anular. Se clasifican en entradas estándar y separadores de gas. •

Entrada Standard:

Permite el ingreso del fluido directamente a la bomba. Este tipo de entrada no separa el gas libre, aunque debe existir alguna separación de gas en forma natural. Se utiliza en pozos de agua o en aquellos que produzcan pequeñas cantidades de gas.

Método de Producción (BES)

17

Bombeo Electrosumergible •

Separador de Gas:

Debido a que una entrada estándar no separa el gas libre, se diseño el separador de gas. La diferencia radica en que éste posee puertos de venteo que permiten que el gas se haya ingresado, retorne al espacio anular, reduciendo la cantidad de gas que deba manejar la bomba.

Esto contribuye a la reducción de efectos tales como cavilación de la bomba,

fluctuaciones de carga del motor y perdidas en las presiones de levantamiento.

Los

separadores pueden ser de dos tipos:

1.- Separador de flujo en reserva: incrementar la cantidad de gas separado forzando al flujo a que revierta su sentido antes de que entre a la bomba.

2.- Separador de gas rotatorio: diseñados para impartirle energía al fluido a través de un inductor que incrementa la presión y una centrífuga que permite que las partículas de líquido sean lanzadas hacia la periferia del impulsor mientras que las partículas de gas siguen su curso normal a lo largo del eje logrando la separación del gas y el líquido.

Método de Producción (BES)

18

Bombeo Electrosumergible

Separador de Gas

Método de Producción (BES)

19

Bombeo Electrosumergible El Separador de Gas:

-

Se usa cuando el gas libre causa interferencia con el rendimiento de la bomba.

-

Esta diseñado para prevenir que gran parte del gas libre entre a la bomba.

-

Previene la cavitación.

-

Se instala en pozos con una GOR o RGP alta (% gas libre alto dentro de la bomba 10%).

-

Tiene un rango de eficiencia entre un 80% a 90%.

-

Puede utilizarse tanto en forma sencilla como TANDEM.

-

Eficiencia afectada por los volúmenes de gas, composición y propiedades del fluido.

Método de Producción (BES)

20

Bombeo Electrosumergible

Partes del Separador de Gas

Método de Producción (BES)

21

Bombeo Electrosumergible •

Protector o Sección de Sello:

Los protectores son a menudo una de las piezas ignoradas de los sistemas BES y son frecuentemente poco entendidos.

El protector sirve como un eslabón vital en el ensamblaje y sino es correctamente instalado puede reducir la vida útil de los equipos.

Son varias las funciones de los protectores y necesariamente deben ser consideradas en el momento del diseño y en el proceso de la aplicación para seleccionar la correcta unidad. Entre sus funciones se tiene:

1.- Permite conectar el eje de la bomba con el eje del motor eléctrico, es decir conectar el torque desarrollado por el motor hacia la bomba por medio de l eje del protector.

2.- Soportar la carga axial desarrollada por la bomba a través del cojinete de empuje, es decir, maneja el empuje hacia arriba o hacia abajo.

3.- Sirve de barrera hidráulica entre el fluido del pozo y el aceite del motor.

4.- Provee el volumen necesario para la expansión y contratación del aceite del motor debido al calentamiento y enfriamiento durante el arranque y parada.

En un equipos BES, el motor sufre un cambio muy amplio de presión y en esto se diferencia a los motores instalados en la superficie. Por esto cuando el motor es sumergido, la presión interna cambia de la presión atmosférica a la presión mas alta del fondo del pozo.

Cuando la unidad se opera, el calor interno le causa al aceite una dilatación que podría añadirle aun más presión si el aceite no tuviera un escape. Si la unidad se detiene y se le permite enfriar, el aceite se contraerá lo que podría cerrar un vacío en un sistema cerrado.

Método de Producción (BES)

22

Bombeo Electrosumergible El protector simplemente mantiene la presión en el interior de la unidad igual a la presión de afuera del pozo indiferente de que presión externa sea.

Debido a que la base del protector está abierta al motor, la presión del motor permanece igual a la que esta en el alrededor de éste. Por mantener una diferencia de presión despreciable, no hay tendencia a que el fluido del pozo penetre en el motor. Obviamente, el protector debe permitir comunicación con el fluido del pozo de alguna manera. Hay varios diseños de protectores que permiten al fluido del pozo y a el fluido del motor transferir presión de uno a otro sin que exista la posibilidad de que ocurra una mezcla entre ellos.

El tope del protector se encuentra en contacto directo con la entrada del separador y el motor.

Existen dos tipos de protectores, el que utiliza un sello positivo y el otro que utiliza un sello laberinto, ambos diseñados para igualar la presión interna con la externa. Estos se describen a continuación.

- Protectores Sellante Tipo Laberinto:

Consiste en una cámara cuyo funcionamiento se basa en la diferencia de gravedad específica que existe entre el fluido producido, un fluido barrera (de alta gravedad específica) y el aceite del motor. Estos se encuentran contenidos en un tubo en forma de “U”. Las variaciones en la altura del fluido producido (este entra y sale del protector) compensa la expansión y contracción del aceite del motor, manteniendo por consiguiente la misma presión tanto en el pozo como en el motor y este último lleno de aceite limpio.

Este tipo de protector no puede ser utilizado en pozos horizontales o muy desviados, ya que el diseño de separación de la gravedad requiere a la unidad lo mas vertical posible, sin embargo, este puede trabajar en pozos poco desviados pero el volumen de expansión se reducirá.

Método de Producción (BES)

23

Bombeo Electrosumergible

Protector Sellante Tipo Laberinto

- Protector de Sello Positivo o Bolsa:

Para aplicaciones donde el fluido del pozo y las gravedades del aceite del motor son similares o donde el pozo es altamente desviado, un diseño diferente de protector utiliza un sello positivo. Este es similar a un fuelle encontrado en algunos motores de pozos de agua, excepto que la bolsa tiene mayor capacidad para la expansión y contracción que un típico fuelle.

Esta bolsa es hecha de un elastómero resistente a la alta temperatura y a la

deformación, por lo que puede resistir el duro entorno de un pozo. La bolsa mantiene el fluido del pozo en el exterior y el aceite del motor limpio en el interior.

El protector de sello positivo ofrece una gran parte de flexibilidad y útil en una amplia variedad de aplicaciones. Un área donde la preocupación de ser tomada más en cuenta es cuando existe la posibilidad de la presencia de químicos muy fuertes en el pozo que pueden atacar el elastómero. Esto se puede prever con un programa de tratamiento. Método de Producción (BES)

24

Bombeo Electrosumergible

Protector Sellante Tipo Bolsa

Existe un nuevo protector llamado “Modular”, cuyo propósito es proveer lo ultimo en flexibilidad y aplicabilidad.

Utilizando pocas partes diferentes; un protector puede ser

diseñado y fabricado en diferentes configuraciones dependiendo de los requerimientos. El sistema modular es muy simple, ya que consiste en una cabeza, base, eje, sección sellante (laberinto o tipo de bolsa) y un cojinete de empuje. Con pocas partes es posible conformar muchas configuraciones.

Esto recibirá su nombre dependiendo de la configuración del

ensamblaje que presente, es decir, del tipo de cámara o de sello y como sea conectado.

Todos los protectores tienen cojinetes de empuje deslizante, cuya función es la de resistir toda la carga axial desarrollada por la bomba. Dependiendo del diseño estos cojinetes pueden tener zapatas fijas o autolineantes. Los cojinetes de zapata pivoteada centralmente puede operar en cualquiera de las dos direcciones de rotación. Mientras que las otras solo pueden operar en una sola dirección de rotación ya que de lo contrario se pueden ocasionar daños al cojinete de empuje.

Método de Producción (BES)

25

Bombeo Electrosumergible

Protector / Elementos Sellantes

Método de Producción (BES)

26

Bombeo Electrosumergible •

El Sello:

-

La función principal del sello es la de proteger al motor.

-

El sello protege al motor de la contaminación por los fluidos del pozo.

-

El sello absorbe el empuje generado por la bomba.

-

El sello iguala la presión entre el pozo y el aceite del motor.

-

El sello compensa la expansión y contracción del aceite del motor.

Método de Producción (BES)

27

Bombeo Electrosumergible El sello equaliza las presiones y previene la contaminación del motor mediante la utilización de:

-

Sellos mecánicos.

-

Un sistema laberíntico.

-

Sistema de bolsa de elastómero.

Sello Mecánico Crane

El sello absorbe el empuje generado por la bomba.

Método de Producción (BES)

28

Bombeo Electrosumergible

Partes del Sello

Método de Producción (BES)

29

Bombeo Electrosumergible

Sección Sellante S-400 Modelo C3

Método de Producción (BES)

30

Bombeo Electrosumergible

Sección Sellante S-400 Modelo B3

Método de Producción (BES)

31

Bombeo Electrosumergible •

Motor Eléctrico:

El motor electro sumergible es la siguiente parte mas importante de los equipos BES, el diseño del motor es trifásico, de inducción, tipo jaula de ardilla y con dos polos. Es el responsable del movimiento de la bomba.

Esta formado por rotores acoplados al eje, ubicados en los estatores y recubierto por una carcaza de acero. Funciona a una velocidad entre 2333 y 4083 RPM a las frecuencias de 40 Hz y 70 Hz con excepción de la placa del motor.

Un motor consiste en una carcaza de acero de bajo carbono y laminaciones de acero y bronce presionadas por dentro.

Las laminaciones de acero son alineadas con la sección y las

laminaciones de bronce son alineadas con el cojinete de la camisa de bronce; son ensamblados con el eje de acero de alto esfuerzo. El eje es hueco para permitir la circulación del aceite.

El motor se encuentra inmerso en aceite mineral, altamente refinado que provee alta conductividad térmica, lubricación de los cojinetes y elevada capacidad dieléctrica. Transfiere el calor generado en el motor a la carcaza y es absorbido por el fluido que pasa a través de la parte exterior.

Este calentamiento contribuye a la disminución de la viscosidad de los fluidos, lo que representa un beneficio especialmente en los pozos productores de crudo muy pesado ( - 12º API).

La longitud del motor es de aproximadamente 30 pies y se encuentra disponible para potencias de 200 – 250 HP, mientras que un motor de conexión en serie, posee 100 pies de longitud y alcanza 1020 HP. Estos están constituidos por rotores usualmente de 12 a 18 pulgadas de longitud colocados sobre el eje, dentro de estatores montados dentro de la carcaza del motor.

Método de Producción (BES)

32

Bombeo Electrosumergible Las tres fases son canceladas en estrella (Wye), dentro del motor mismo para estabilizar un punto neutral. Debido a la forma en que el motor está embobinado, la corriente AC trifásica induce un campo magnético en el estator.

La corriente es inducida en el rotor por el

movimiento del campo magnético en el estator. El campo magnético del rotor grama para tratar de alcanzar el campo del estator. Si hay un eje conectado al rotor podemos obtener trabajo útil. Cuando decimos que el rotor tratara de alcanzar al campo del estator (el cual gira a 3600 rpm con 60 Hz) pero nunca lo logra, la velocidad del rotor será un poco menor y esta diferencia se llama deslizamiento.

El deslizamiento es necesario para que un rotor gire a 3600 rpm y no se moverá con respecto al campo magnético del estator y no habría corriente inducida. El rendimiento cambia con la carga, al igual con las bombas, los motores tienen sus curvas de rendimiento.

Método de Producción (BES)

33

Bombeo Electrosumergible

Motor Eléctrico

Método de Producción (BES)

34

Bombeo Electrosumergible

Motor Eléctrico

Método de Producción (BES)

35

Bombeo Electrosumergible -

El motor electrosumergible es un motor de inducción bipolar trifásico el cual opera a una velocidad típica de 3.600 RPM.

-

Los componentes del motor están diseñados para resistir temperaturas de 260ºC (500ºF).

Método de Producción (BES)

36

Bombeo Electrosumergible -

Una corriente alterna (AC) de tres fases crea campos magnéticos que giran en el estator. Estos campos magnéticos inducen a los rotores y al eje a girar dentro del estator.

Método de Producción (BES)

37

Bombeo Electrosumergible

Partes del Motor

Método de Producción (BES)

38

Bombeo Electrosumergible

Componentes Básicos de un Motor ESP

Método de Producción (BES)

39

Bombeo Electrosumergible •

Sensor de Presión y Temperatura de Fondo:

El sensor de presión de fondo y temperatura (PSI), se acopla en la parte inferior del motor. Posee circuitos que permiten enviar a través del cable primario de alimentación al motor, señales a la superficie que son luego convertidas en señales de presión y temperatura. El PSI no requiere cables especiales debido a que utiliza el cable de tierra del sistema para transmitir las señales.

Este instrumento puede calibrarse automáticamente en intervalos de 20 segundos, para resistir a los cambios bruscos de las condiciones de fondo. Este es muy preciso, incluso para presiones mayores de 5000 libras por pulgada cuadrada a temperaturas de 450ºF, condición bajo las cuales tendrá una precisión de +/- 1.5% en la escala de presión +/- 0.67% en la escala de temperatura.

Una característica que vale la pena mencionar es que el variador de frecuencia podría ser controlado por medio de la presión medida por el PS, es decir, la presión puede ser utilizada como un parámetro de control.

Método de Producción (BES)

40

Bombeo Electrosumergible

Sensor de Presión y Temperatura de Fondo

Método de Producción (BES)

41

Bombeo Electrosumergible

Sensor de Fondo

Método de Producción (BES)

42

Bombeo Electrosumergible •

Cable de Potencia y Cable Submarino:

El cable de potencia suministra el poder al motor y puede transmitir señales de presión y temperatura hasta la superficie.

Existen dos tipos: planos y redondos.

Se encuentran

disponibles para resistir temperaturas de hasta 300ºF.

Consta de tres conductores de cobre o aluminio que pueden ser sólidos o trenzados. Cada uno se encuentra aislado con material apropiado (Etileno – Propileno – Dieno – Monomero, Kapton, Prolipropileno – Etileno, Polietileno de alta densidad y otros). Adicionalmente pueden estar envueltos con una malla protectora, luego el cable es reencaminado para la protección química y acorazado con una armadura metálica. Este último revestimiento de acero, bronce o monel, ofrece a los conductores protección contra los fluidos corrosivos y condiciones severas de fondo.

Algunos diseños poseen la opción de una línea de inyección, la cual puede ser incorporada dentro del cable mismo. Esta puede ser utilizada para inyectar diluyentes en crudos muy pesados.

El cable de potencia es el componente más sensible del equipo BES. El éxito o fracaso de la operación depende en gran medida de la selección, manejo e instalación del cable sumergible. La selección depende a su vez del amperaje, la caída del voltaje, la temperatura y del espacio disponible entre el revestidor y el cuello de la tubería de producción.

Debido a que el espacio entre el cuello de la tubería y el revestidor no es amplio se hace uso de bandas o flejes que sujetan el cable a la tubería cada 15 pies, evitando posibles daños en el cable causados por el roce entre éste y el revestidor.

Método de Producción (BES)

43

Bombeo Electrosumergible

Modelos de Cables Eléctricos

Método de Producción (BES)

44

Bombeo Electrosumergible

Conector / Acople del Cable Eléctrico al Motor

El Cable:

-

Los fabricantes ofrecen una amplia gama de cables planos y redondos para unidades de bombeo electrosumergibles.

-

Dependiendo de la temperatura y condiciones del pozo, diferentes cables han sido diseñados para cada aplicación.

-

Los cables usan conductores de cobre sólidos.

-

El material aislante EPDM protege el cable cuando altas temperaturas están presentes.

-

Los cables Fluoro BarrierTM (Cable CEB) son usados en pozos con altas concentraciones de gas, una barrera de “Fluoropolymer” protege al cable de la descompresión.

-

La adición de una barrera de plomo (Cable CEL) protege al cable contra la penetración de gases.

Método de Producción (BES)

45

Bombeo Electrosumergible

Cable

-

El cable puede ser redondo o plano dependiendo en el espacio disponible en el pozo. Los “pigtails” superiores o inferiores pueden ser empalmados para conexiones en packers o en la cabeza del pozo.

Método de Producción (BES)

46

Bombeo Electrosumergible EQUIPOS DE SUPERFICIE •

Transformadores:

La función de estos equipos es transformar un voltaje primario a uno secundario de acuerdo con las exigencias del sistema. Es posible en algunos casos de los equipos de superficie de un sistema BES, utilizar uno o dos transformadores.

Los transformadores se clasifican en tres grupos:

-

Transformadores convencionales de tres fases.

-

Transformadores de una sola fase.

-

Autotransformadores de tres fases.

Un transformador cambia el voltaje en una corriente alterna y se basa en el principio de inducción electromagnética. En la figura siguiente, se muestra el principio de transformación de un transformador. Cuando un cable lleva una corriente alterna, el campo magnético se mueve a la naturaleza alternante de la corriente. Si otro conductor se coloca de tal manera que el campo magnético también lo cruza, se induce una corriente en este conductor secundario.

El conductor al cual llega la corriente, normalmente se denomina primario. En la siguiente figura se ilustra un transformador y se muestran los conductores primario y secundario.

Método de Producción (BES)

47

Bombeo Electrosumergible

Introducción de Corriente al Secundario

Elementos Básicos de un Transformador

Método de Producción (BES)

48

Bombeo Electrosumergible Los transformadores se pueden usar para reducir o elevar la corriente. Así por ejemplo, en aquellos casos en el cual el conductor secundario posee un número mayor de espiras o vueltas en el bobinado, el voltaje de salida del secundario es mayor que el del primario. De una manera similar si el número de vueltas en el secundario es menor que en el primario, el voltaje del secundario será menor que el voltaje del primario. Esto se muestra en la siguiente figura.

Transformador Aumenta Voltaje

Método de Producción (BES)

49

Bombeo Electrosumergible

Transformador Reduce Voltaje

Usualmente el núcleo de un transformadores es de hierro con dos bobinados de alambre de cobre.

Si los dos bobinados poseen la misma cantidad de espiras el voltaje en el bobinado secundario será igual al del voltaje del bobinado primario.

Tomando en cuenta que la energía no puede ser ni creada ni destruida, la potencia en ambos lados del núcleo de un transformador es prácticamente igual.

Algunos de los transformadores que se utilizan en los equipos de BES se seleccionan de tal manera que permiten ajustar voltaje en el lado del secundario. Debido a que estos ajustes ofrecen varias alternativas se les denominan transformadores de ajustes múltiples.

Método de Producción (BES)

50

Bombeo Electrosumergible El autotransformador es usado con frecuencia en campos petroleros. Se diferencian de los otros tipos por poseer un solo bobinado en lugar de dos o más. Parte de este bobinado es usado como primario y el resto como secundario con lo cual se logra subir o bajar el voltaje del secundario. En la figura siguiente se muestra un esquema de un autotransformador.

Transformador

Auto-Transformador

Método de Producción (BES)

51

Bombeo Electrosumergible Los transformadores desde el punto de vista de enfriamiento se clasifican en sumergidos en aceite y unidades secas.

Los que usan como medio de enfriamiento aceite son los más comunes. No obstante en regiones donde se dificulta el uso de aceite como por ejemplo en plataformas costa afuera, se utilizan los transformadores de tipo seco.

El cálculo de la potencia de un transformador se realiza a través de la siguiente ecuación:

KVA =

1,73.Vs.ls 1,73.Vp.lp = 1000 1000

Donde:

Vp y Vs son los voltajes primarios y secundario.

lp y ls son las corrientes expresadas en amperios de los conductores primarios y secundarios del transformador.

Los transformadores de tres fases generalmente se construyen en un amplio rango de voltaje primario y secundario, sin embargo donde los voltajes primarios son altos en algunos casos es más económico usar un banco de tres transformadores de una sola fase para bajar el voltaje a lo deseable.

Método de Producción (BES)

52

Bombeo Electrosumergible Transformadores

La relación de transformación puede ser calculada directamente.

El voltaje primario será:

Los transformadores pueden ser monofásicos o trifásicos. Un transformador monofásico típico tendrá una apariencia como ésta.

Método de Producción (BES)

53

Bombeo Electrosumergible Normalmente cuando se usan transformadores monofásicos con electricidad trifásica, es necesario utilizar tres transformadores individuales.

Es posible conectarlos en varias configuraciones.

Método de Producción (BES)

54

Bombeo Electrosumergible Los transformadores son unidades sumergidas en aceite con auto enfriamiento.

Son

diseñados para transformar el voltaje primario de la línea eléctrica al voltaje requerido por el motor correspondiente.

Para efectos de diseños, la capacidad de carga se expresa en

kilovatios – amperios (KVA), debido a los diferentes voltajes, a las condiciones en las cuales funcionan y a la amplia flexibilidad de los mismos.

La capacidad de carga puede ser

expresada de la siguiente manera:

KVA = 1.73 x Vs x Amp/1000 KVA: Kilovoltios o 1000 voltios – Amp. Vs: Voltaje primario. Amp: Corriente del motor.

El transformador de potencia típico recomendado para este tipo de sistema necesita convertir la tensión de 24.000 voltios a aproximadamente 480 voltios.

Antes de su entrada al variador de frecuencia y un transformador, elevar a la salida para aumentar el voltaje a los niveles requeridos por el motor de fondo.

Para ajustar el voltaje requerido por el motor de fondo, hay la posibilidad de realizar las conexiones en triangulo/delfa o conexiones en estrella y colocando los TASS (Palancas o Suiches de Conexiones) en las posiciones adecuadas.

Método de Producción (BES)

55

Bombeo Electrosumergible

Transformador de Corriente

Método de Producción (BES)

56

Bombeo Electrosumergible

Conexión WYE

Conexión WYE

Método de Producción (BES)

57

Bombeo Electrosumergible •

Tablero de Control:

Constituye el comando de la instalación, su función es la de proteger y controlar las operaciones del pozo. Consta de interruptores para arranque y parada, botones, selectores de voltaje, fusibles, amperímetros, luces de señales. Puede traer dispositivos especiales para manejos intermitentes y control remoto.

Este equipo controla el funcionamiento del ensamblaje de fondo, desconectares de fusibles, registradores de amperaje y reguladores para bombeo intermitente. Su fabricación depende del voltaje requerido en la superficie, amperaje del motor y potencia requerida.

Los tableros se clasifican en dos grupos:

Tableros convencionales. Tableros con variador de frecuencia.

-

Tableros Convencionales:

Estos tableros se fabrican en una amplia variedad de tamaños y poseen dispositivos de protección para amperajes muy bajos o muy altos.

Además contiene conectores de fusibles, registradores de amperaje y reguladores para bombeo intermitente.

Cuando se utiliza un tablero convencional el motor se activa con una corriente alterna de 60 Hz o 50 Hz lo que genera una velocidad normal de rotación de 3500 ó 2970 rpm. Si se modifica el voltaje se produce un cambio en el amperaje pero los KVA y los rpm se mantienen constantes.

Método de Producción (BES)

58

Bombeo Electrosumergible -

Tableros con Variador de Frecuencia:

Estos se utilizan cuando se requiere operar el sistema de BES a diferentes velocidades. Este tipo de equipo requiere de dos transformadores lo que lo diferencia de los tableros normales en los cuales se utiliza un solo transformador.

La razón de usar dos transformadores es debido a que el variador de frecuencia usualmente debe ser alimentado con un voltaje de 480 voltios, por lo tanto el primero de estos dos transformadores permite transformar el voltaje disponible en la línea al voltaje requerido por la alimentación del variador de frecuencia (480 voltios). El segundo transformador se utiliza para transformar el voltaje de salida del variador de frecuencia (480 voltios) al voltaje requerido por el motor de subsuelo.

La variación de frecuencia es deseable que se realice en corriente pulsante directa. Para ello el voltaje de alimentación al variador de frecuencia se pasa a través de rectificadores. Uan vez efectuada la variación de velocidad, el voltaje es convertido de una condición de voltaje directo y pulsante a una de voltaje alterno.

Las principales ventajas que se logran con un variador de frecuencia son las siguientes:

a.- Protege al equipo en el fondo del pozo de perturbaciones eléctricas. El variador de frecuencia es tan sensible que cualquier condición de sobrecarga o de baja carga que se origine en la fuente de alimentación eléctrica accionan dispositivos de protección que detienen el funcionamiento del equipo y así se evitan daños al motor.

b.- El sistema permite arrancar los motores a baja velocidad. Esto reduce los esfuerzos en el eje de la bomba y en los componentes del motor. Cuando se arranca el equipo la bomba puede operar en un rango por debajo de su frecuencia nominal, lo que reduce el desgaste y los efectos abrasivos. Además en el motor disminuyen los efectos magnéticos en el bobinado.

Método de Producción (BES)

59

Bombeo Electrosumergible c.- Por último el variador de frecuencia permite analizar el comportamiento en pozo y obtener el índice de productividad real del mismo.

Es importante notar que la única forma de obtener una velocidad variable es modificando la frecuencia de operación y el voltaje suministrado al motor en forma proporcional.

Actualmente se dispone de varios tipos de variadores de frecuencia, entre ellos los más usados son los siguientes: variadores de 6, 12 ó 24 pulsos (los de 6 pulsos son los convencionales) y los variadores de ondas de pulsos modulados. Los variadores de velocidad de 6 pulsos invierten la corriente alterna en una onda cuadrada de 6 pulsos.

Los variadores de onda de pulsos modulados invierten la corriente alterna en una onda de pulsos variables y amplitud completa.

El variador de frecuencia cumple una función similar a la del tablero de control.

Su

diferencia es que posee dispositivos que son capaces de suministrar frecuencias y voltajes variables al motor. En lugar de limitarse a la frecuencia de línea. La frecuencia puede ser controlada desde la superficie. Debido a que la velocidad es directamente proporcional a la frecuencia, al cambiar esta última se estará cambiando además la velocidad del motor.

Otras de las ventajas de los variadores de frecuencia sobre el tablero de control son:

1.- Permite un arranque suave de los motores, a baja velocidad lo que reduce el esfuerzo sobre el eje de la bomba y los componentes del motor. Luego el variador es ajustado a la frecuencia de operación. El tiempo en alcanzar esta frecuencia es controlado y lo establece el operador.

Típicamente un arranque estándar toma ¼ de segundo para alcanzar la velocidad nominal, un variador puede retardar este tiempo hasta 7 segundos para alcanzar la velocidad nominal, reduciendo la corriente de arranque y el torque transitorio.

Método de Producción (BES)

60

Bombeo Electrosumergible 2.- Protege el equipo de fondo de perturbaciones eléctricas, por medio de dispositivos que paran el funcionamiento del equipo, evitando daños en el motor.

Estos equipos pueden ser útiles en casos como:

-

Producción desconocida.

-

Cambios en las condiciones del pozo en el tiempo.

-

Mantener constante la presión de la bomba.

-

Reducir los requerimientos de arranque.

-

Para el manejo de crudos pesados en los que se desea un arranque suave.

Aunque el diseño cuando se utiliza un variador de frecuencia es mas complicado, no es muy difícil de entender y realizar. Si se toma en cuenta algunas reglas, diseñar un BES podría resultar muy sencillo.

Método de Producción (BES)

61

Bombeo Electrosumergible Veamos cada sección detalladamente.

Observemos en primer lugar la forma básica de trabajar de un VSD.

Aplicaciones de los Variadores de Frecuencia

Método de Producción (BES)

62

Bombeo Electrosumergible Veamos cada sección detalladamente.

Veamos cada sección detalladamente.

Aplicaciones de los Variadores de Frecuencia

Método de Producción (BES)

63

Bombeo Electrosumergible

Tablero o Variador de Frecuencia Método de Producción (BES)

64

Bombeo Electrosumergible •

Caja de Empalme:

Esta ubicada en la plataforma o área del pozo a unos 2 ó 3 pies del piso, idealmente debería estar a unos 15 pies del cabezal del pozo.

La caja de venteo es necesaria para todas las aplicaciones de equipos electrosumergibles.

Esta caja cumple con las siguientes funciones:

1.- Permite ventear el gas que podría fluir hasta la superficie a través del cable, evitando el contacto entre este y el tablero de conmutadores lo que podría ocasionar una explosión.

2.- Sirve para conectar el cable que suple la energía al equipo de superficie con el cable de conexión al motor, ventear a la atmósfera el gas que fluya a través del cable, evitando que llegue al panel, ya que esto ocasiona explosión debido a que es un sistema donde se puede producir chispa con facilidad.

Método de Producción (BES)

65

Bombeo Electrosumergible

Caja de Venteo

Método de Producción (BES)

66

Bombeo Electrosumergible •

Cabezal del Pozo:

El cabezal sustenta todo el equipo del fondo acoplado a la tubería de producción. Permite el paso del cable y sirve de elemento sellante alrededor de este y de la tubería de producción. Consiste en una pieza que cuelga y sella a la tubería del pozo y sella el cable de potencia.

Existen varios tipos de cabezales disponibles en el mercado y se selecciona dependiendo de las características del pozo. Normalmente los sellos (aisladores) para la tubería y el cable, están fabricados de goma (caudcho), existen tipos para pozos de mayor presión hasta 3.000 PSI.

Cabezal Especial

Método de Producción (BES)

67

Bombeo Electrosumergible

Cabezal de Pozo

Método de Producción (BES)

68

Bombeo Electrosumergible Estos cabezales se utilizan se utilizan para pozos con completación simple o dual con bomba electrosumergible.

Permiten la instalación del colgador de tubing a través de los preventores de surgencia y también efectuar la prueba de todos los sellos. Pueden ser provistos con la preparación adecuada para la mayoría de los conectores eléctricos disponibles en el mercado.

Conjunto Cabeza de Pozo para Bombeo Electrosumergible

Método de Producción (BES)

69

Bombeo Electrosumergible EQUIPOS ADICIONALES

Centralizador:

Los centralizadores se utilizan para centrar el motor y la bomba y para obtener refrigeración adecuada y, en algunos casos, también para prevenir daños en el cable.

Al utilizar

centralizadores, debe asegurarse que estos no roten, o se muevan hacia arriba o abajo en la tubería.

Cable Plano de Motor:

El cable plano de motor es, como su nombre lo indica, de configuración plana y abarca el largo de la sección de la bomba y del sello debido a las limitaciones de espacio. Hay varios tipos de cables planos de motor para las distintas aplicaciones.

Válvulas de Retención y Drenaje:

La válvula de retención se coloca dos o tres tubos por encima de la bomba. Se puede utilizar para mantener la columna llena de fluido por encima de la bomba. Cuando se utiliza la válvula de retención, también es necesario instalar una válvula de drenaje por encima de la retención, para prevenir la sacada del equipo con la columna llena de fluido.

Protectores de Cables Planos:

Se usan para protección del cable plano a lo largo del equipo de bombeo. Las longitudes deben ser por lo menos iguales a la medida de la bomba y sello, más seis pies. En instalaciones de tuberías revestidotas de 5 ½” O.D., 20 libras y 6 5/8”, 26 libras. Se omiten los protectores de cable plano, debido a las limitaciones de espacio anular.

Método de Producción (BES)

70

Bombeo Electrosumergible Niple Reproductor:

Se utiliza de acuerdo a la necesidad, para adaptar la cabeza de bomba o válvula de drenaje a la tubería de producción.

Flejes:

Los flejes se utilizan para amarrar el cable de potencia a la tubería de producción. La cantidad normal es un fleje por cada intervalo de 15 pies “sección C”.

Guía de Cable:

Colgada a unos 35 pies del suelo, ayuda a prevenir daños al cable y facilita el manejo del mismo.

Carretos:

Esto se utiliza para el envío de cables, como así también para el manejo en el pozo.

Soporte de Carretos:

Se usa como soporte de carreto para facilitar el embobinado.

Método de Producción (BES)

71

Bombeo Electrosumergible PRINCIPALES FALLAS EN LOS EQUIPOS DE SUBSUELO

Las principales partes susceptibles a fallar la constituyen el Motor, la bomba, el Protector y el Cable. Veamos las más comunes.

Fallas en el Motor:

El motor por ser el eje principal del equipo electrosumergible constituye una de las partes más susceptibles a sufrir daños. Se pueden indicar entre las fallas más frecuentes, lo siguiente:

a.- Excesiva carga de voltaje en el motor debido a:

-

Mal diseño por una data pobre del pozo (bajo rendimiento).

-

Desgaste de la bomba por deposición de sólidos en los impulsores.

-

Voltaje no balanceado.

b.- Filtración de los sellos del protector, permitiendo el paso de los fluidos del pozo al motor provocando corto circuito. Esto puede ser ocasionado por:

-

Vibraciones excesivas de la bomba debido al desgaste.

-

Mal manejo durante el traslado al sitio o en la instalación.

-

Defectos no detectados en la fabricación.

c.- Condiciones del pozo (baja productividad).

-

Esto ocurre cuando el volumen de producción no es suficiente como para enfriar el motor, mediante el paso de fluidos a través de él. La velocidad mínima recomendada del fluido en el pozo es de 1.0 Pie/Seg.

-

Cuando se coloca el motor por debajo de las perforaciones.

Método de Producción (BES)

72

Bombeo Electrosumergible d.- Corrosión.

-

El deterioro de la carcaza del motor debido a la corrosión produce huecos en este, lo cual permite el aceite del motor esté en contacto con los fluidos del pozo, ocasionando perdidas de presión en el conjunto Motor – Bomba – Protector.

e.- Presencia de sucio o humedad en el tablero de control.

- Esto ocasiona fallas en los dispositivos eléctricos, los cuales generan fallas en el motor motivado a las fluctuaciones en el voltaje.

Fallas en la Bomba Electrosumergible:

Entre las razones mas frecuentes en la falla de bomba están:

a.- Desgaste de las arandelas inferiores del impulsor cuando la bomba se encuentra operando en condiciones de empuje hacia abajo “corte bajo del pico de eficiencia”. Por encima del pico de eficiencia o en condiciones de empuje hacia arriba, ocurre el desgaste en las arandelas superiores.

b.- Desgaste de los acompañantes de la bomba por efectos abrasivos.

c.- Taponamiento de las etapas de la bomba por deposición de escala o arena.

d.- Desgaste de las partes por excesivo tiempo de funcionamiento.

e.- Mal manejo de la bomba en el traslado o un mal montaje, esto puede provocar dobles en el eje.

f.- Corrosión, por ambiente con presencia de H2S o CO2.

Método de Producción (BES)

73

Bombeo Electrosumergible Falla en el Cable:

El cable puede sufrir daños irreversibles por mal manejo en la instalación y corrida dentro del pozo. En superficie, también puede ser un mal corte indebido para la conexión con el cable plano. Al realizar este empate se debe tener sumo cuidado, pues en la bajada si los fluidos del pozo se ponen en contacto con el conductor, puede generar corto circuito y quemar el motor.

Otra recomendación que debe mencionarse es que en la bajada el cable debe mantenerse centralizado y evitar el roce de este con el revestidor, lo cual reducirá su vida útil.

Excesiva carga de amperaje crea altas temperaturas en los conductores ocasionando roturas en el material aislante.

Método de Producción (BES)

74

Bombeo Electrosumergible EXITOS DEL BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE – LECCIONES APRENDIDAS

BES Boscán y Urdaneta:

El éxito obtenido en las aplicaciones de bombeo Electrosumergible en los campos Boscán y Urdaneta, permitió eliminar el paradigma de evitar la aplicación de BES en crudos pesados en pozos profundos. A pesar de las recomendaciones del fabricante, las bombas se diseñaron para operar sin yección de diluente gracias a que las simulaciones mostraron que la temperatura de fondo sería mayor para los caudales esperados. Aunque el diseño propuesto fue con Bomba de tipo compresión, accidentalmente se descubrió que las bombas de tipo flotante mostraron mejor desempeño.

Esta aplicación permitió obtener ganancias en producción de hasta 300%.

Actualmente existen 166 BES en Urdaneta y 38 en Boscán (Chevron). El campo Urdaneta es un buen ejemplo, la oportuna aplicación y masificación de la tecnología, en la cual se aprovecho la experiencia previa de Boscán, al extender el uso de BES a un área de características similares en menos de seis meses.

BES San Tomé y Faja:

La primera experiencia fue en un pozo vertical estimulado por vapor (700 cp), donde se logró una ganancia de 250% en producción. Luego se realizaron instalaciones en pozos horizontales sin inyección de diluente (700 cp) apoyados por la experiencia en BES del personal de Barinas, logrando alcanzar hasta 3500 bpd. Se cuestionó la validez de las leyes de afinidad y factores de diseño, por lo que fue necesario encontrar factores de corrección que aplicaran al campo, para un mejor dimensionamiento de equipos. Actualmente hay 86 BES instaladas en esta área, del tipo flotante con impulsores de flujo mixto, resistentes a la abrasión con separadores de gas rotativos. Los separadores de gas y los variadores de frecuencia son imprescindibles para el adecuado funcionamiento de la instalación.

Método de Producción (BES)

75

Bombeo Electrosumergible BES en Morichal Faja:

Las primeras experiencias fueron en pozos reperforados (re-entry), con inyección de diluente a través de cable eléctrico con doble capilar de ½”, sin válvula check de fondo, para viscosidades de fondo mayores a 2500 cp. Se obtuvo una ganancia de 200% en producción, comparado con BCP.

Se comprobó la necesidad de inyección de diluente en fondo y se desarrolló una

metodología de optimización del porcentaje de inyección, con el cual se ha logrado reducir desde 30% hasta 10% en algunos casos. Se ha determinado que el punto óptimo de inyección de diluente debe ser el más profundo posible y que se debe lograr la homogeneidad de la mezcla. Existen 3 pozos en la UE de pesados y 10 en la UE Bitumen.

Manejadores de Gas:

Las pruebas realizadas en el CEPRO con crudos medianos (28° API) han permitido incrementar la ventana de aplicación de BES para porcentaje de gas libre a la entrada de la bomba desde el 15% anterior hasta 50%. Como resultado se han realizado 16 instalaciones exitosas con separador y manejador avanzado en el Lago de Maracaibo. Se estima para los próximos años la instalación de 100 nuevos equipos.

Instalación:

-

La instalación de este equipo, el cual es sumamente costoso y delicado, requiere de personal calificado.

-

Se debe tener cuidado durante la bajada de los equipos de fondo de no exceder una velocidad de 8 tubos/hora, para evitar daños en el cable y los equipos.

-

Se recomienda el uso de protectores de cables en pozos desviados, inclinados y/o horizontales, así como en operaciones lacustres.

-

En caso de aplicaciones con inyección de diluente con tubería, se debe utilizar centralizadores protectores (grapas Lasalle).

-

Se recomienda el uso de centralizadores de motores y bomba en pozos horizontales.

Método de Producción (BES)

76

Bombeo Electrosumergible -

Se recomienda el uso de cabezales con penetradores (seaboard) en pozos con alta presión de operación o de yacimientos sometidos a un proceso de recuperación secundaria por inyección de gas o vapor.

-

Se recomienda el uso de sensores de fondo (presión de succión, temperatura de fluido y motor y fuga de corriente) que utilicen el mismo cable de alimentación del motor.

Arranque

Para el arranque de los sistemas BES, se debe tener en consideración lo siguiente:

-

El arranque debe ser mediante el uso de un variador de frecuencia, para evitar el impacto del alto torque de arranque sobre los ejes de los equipos de fondo y disponer de mayor flexibilidad en caso de variación de los parámetros de operación.

-

En el caso de yacimientos o áreas donde se conozca las características y producción de los yacimientos, que permita definir una tasa única de operación a lo largo del periodo de operación se puede considerar el uso de arrancadores directos (switchboard).

-

El supervisor de operaciones de producción debe estar durante las operaciones de arranque.

-

Durante el arranque se debe verificar el sentido de giro correcto.

-

Se debe arrancar a la frecuencia mínima permisible que garantice la integridad del motor (buen enfriamiento), para evitar que el equipo pueda llegar a trabajar en vacío en caso de datos errados o daño del pozo. El ajuste de frecuencia debe realizarse una vez que se alcancen condiciones estables de operación.

-

En el caso de pozos con producción de arena, el tiempo antes del cambio de velocidad debe ser mayor de 48 horas. Durante esta etapa se debe tomar prueba de producción, registro de presión y temperatura y cartas amperimétricas.

-

Para pozos de crudo viscoso se recomienda iniciar la inyección de diluente en fondo al menos dos horas antes del arranque.

Método de Producción (BES)

77

Bombeo Electrosumergible Operación y Mantenimiento:

-

En la etapa inicial de producción, los parámetros de frecuencia, amperaje, presión y temperatura de fondo y superficie, deberán ser registrados diariamente hasta alcanzar su condición óptima.

-

Se requiere prueba de producción y toma de muestras semanales para análisis de corte de agua, gravedad API y contenido de arena para su interpretación por el ingeniero de optimización. Este procedimiento deberá repetirse cada vez que ocurra cambio en las condiciones de operación.

-

Se recomienda minimizar el número de intentos de arranques en el variador de frecuencia para evitar falla de motores por sobrecarga.

Diagnóstico:

Para la realización del diagnóstico de BES se deben obtener los siguientes parámetros: Histórico de pruebas de producción, muestras de fluidos, nivel de fluido, presiones de fondo y superficie, presiones de revestidor, temperatura de fondo y superficie, factor de ajuste, comportamiento de afluencia, tasa de inyección de diluentes, cartas amperimetricas, etc., para crear el modelo actual del comportamiento del pozo y compararlo con el diseño realizdo (simulaciones), con el fin de determinar la condición operativa del pozo y emitir las recomendaciones pertinentes.

El diagnóstico se debe repetir para cada cambio de los parámetros de operación o cuando ocurra desviación en las medidas de producción.

Optimización:

El proceso de optimización se realiza ejecutando recomendaciones orientadas a maximizar producción minimizando los costos de operación. El seguimiento de la ejecución y evaluación de las recomendaciones permitirá el alcance de las condiciones óptimas oportunamente.

Método de Producción (BES)

78

Bombeo Electrosumergible Software Recomendado:

Los programas recomendados para diseñar y optimizar son el Sub-Pump (para equipos REDA y ESP), Autograph (para equipos Centrilift) y Wellflo (todos) distribuios pro Dwight y Centrilift y EPS respectivamente.

Fortalezas:

-

Alto know how en aplicaciones en crudo pesado-extrapesado.

-

Las alianzas realizadas hasta ahora, han permitido una disponibilidad oportuna de equipos y personal técnico en el campo.

Oportunidades:

-

Uso de manejadores de gas en pozos de alta producción de gas.

-

Aplicaciones en alta profundidad, alta presión y temperatura en norte de Monagas.

-

Extender la aplicación de BES en la corporación en pozos de altos caudales.

-

Alianzas corporativas de bajo costo y activa propiedad de terceros.

-

Evaluación y desarrollo de sistemas expertos BES.

-

Aplicaciones electro bcp en pozos altamente desviados y horizontales.

-

Incrementar la vida útil promedio de los equipos de ondo (mayor de 2 años).

Debilidades:

-

Altos costos operacionales de alianzas.

Método de Producción (BES)

79

Bombeo Electrosumergible Amenazas:

-

Falta de personal especializado en la tecnología para el reto futuro.

-

Deficiente suministro eléctrico en todas las áreas.

-

Alto costo de inicial (inversión), servicio y reparación.

-

Monopolio.

-

Competencia con otros sistemas más eficientes y menos costosos, en yacimiento sometido a altas tasas, declinaciones.

-

La posibilidad de producir altos caudales crea el peligro de daños al yacimiento sino se controla la presión de fondo.

Ventajas:

-

Posee capacidad para levantar altos volúmenes de fluido.

-

Disponible en varios tamaños.

-

El sistema presenta centralización y automatización.

-

Se puede aplicar tratamiento contra la corrosión y la formación de escamas.

-

Puede utilizarse para inyectar fluidos a la formación a baja o alta presión.

-

Es fácil la ilustración del sensor de presiones en el fondo del pozo para realizar la telemetría de presiones hasta la superficie por medio de cables.

-

La inversión es relativamente baja en pozos de poca profundidad y alta tasa de producción.

-

No crea problemas en localidades urbanas.

-

Puede instalarse en pozos horizontales y desviados siempre y cuando sea en una sección recta de revestidor.

-

Costos de levantamiento son bajos para volúmenes apreciables de fluidos.

-

Una reciente aplicación de los BES es la de utilizar tubería continua. Esto permitiría instalar la unidad sin necesidad de taladro, reduciendo el tiempo de operación y costos.

-

Se aplica a instalaciones costa afuera.

-

Asiendo uso de tuberías continuas, pueden ser instalados en zonas de difícil ascenso como la selva o costa afuera.

Método de Producción (BES)

80

Bombeo Electrosumergible -

Puede manejar bajas concentraciones de arena.

-

Las instalaciones de superficies son livianas.

-

Cuenta con dispositivos de seguridad.

Desventajas:

-

A grandes profundidades de los requerimientos de potencia del motor son excesivamente altos.

-

No se puede aplicar a completaciones múltiples.

-

Solo es aplicable cuando se usa energía eléctrica.

-

Con el incremento de la profundidad se producen incrementos de la temperatura, lo que puede afectar adversamente el motor y el cable de potencia.

Adicionalmente, a

profundidades mayores se tendrán diámetros menores del revestidor, reduciendo el espacio del paso del fluido y por ende, la capacidad de enfriamiento del motor. -

Se requieren altos voltajes (1000 V).

-

El cable eléctrico es el componente mas sensible del sistema BES y llega a ser el mas costoso en pozos profundos o problemáticos.

-

Los cables se deterioran debido a las altas temperaturas.

-

El equipo se ve afectado bajo condiciones de alta producción gas y arena.

-

No recomendables en pozos de alta relación gas – petróleo.

-

No es rentable su instalación en pozos con baja tasa de producción.

-

El cambio de equipo para la declinación de la capacidad del pozo resulta costoso.

-

El equipo presenta poca flexibilidad de bombeo bajo condiciones de fluido variable.

-

El cable causa problemas en el manejo de la tubería.

-

Cuando la bomba centrífuga maneja flujo viscoso requiere un incremento en la potencia, para contrarrestar la reproducción que se produce en la altura general, en la eficiencia de la capacidad misma.

-

La producción de gas y sólidos constituye un problema.

-

El tablero eléctrico debe estar ubicado a una distancia mínima de 50 pies con respecto a pozo.

Método de Producción (BES)

81

Bombeo Electrosumergible -

Requiere de personal especializado de diferentes disciplinas.

-

Requiere suministro de energía eléctrica.

-

Requiere de taladro para mantenimiento del equipo.

-

Mayores perdidas de tiempo para corregir fallas en el equipo de subsuelo.

-

El sistema tiene limitaciones de profundidad 10.000 pie. Esto se debe al costo de los cables y a la capacidad para instalar suficiente potencia en el hueco del pozo (ello depende del diámetro del revestidor).

Recomendaciones Operacionales y de Seguridad:

-

Tomar todas las precauciones cuado tenga que operar el tablero de control.

-

Nunca manipular la parte interna del tablero, estos equipos manejan alto voltaje, corriente trifásico.

-

Operar el sistema en los rangos establecido por el fabricante.

-

Instalar la caja de venteo a una distancia como mínimo del tablero “Panel de Control de +/- 4 metros.

-

Trabaje el sistema a una frecuencia fija.

-

Verifique que todos los dispositivos de protección del tablero de control funcionen.

-

No se coloque de frente a la válvula o tablero que se esta manipulando.

-

Utilizar los instrumentos adecuados para el rango de trabajo.

-

Corregir cualquier filtración de crudos o gas.

-

Si observa cualquier anormalidad, presiones anormales o fuera de rangos, chispas, ruidos fuertes “extraños”, golpes, sacudías, vibraciones fuertes, explosiones, filtraciones, sobrecalentamiento, etc.

-

Reportar y detener la unidad inmediatamente si esta anormalidad implica un riesgo potencial de accidente.

-

Durante la realización de la instalación del equipo BES, se sugiere la revisión del equipo, así como la supervisión del proceso de instalación por parte del personal calificado.

-

Supervisar la manipulación al momento de la transportación de los equipos para que se realice de la forma correcta, ya que pueden ocasionar daños internos al equipo (dobles del eje, agrietamiento en los cerámicos de protector, etc).

Método de Producción (BES)

82

Bombeo Electrosumergible -

Realizar una evaluación de las condiciones operativas de los pozos que tienen mas de un año funcionando y así poder establecer el estado de operabilidad del equipo (por ejemplo: grado de severidad del esfuerzo axial descendente) y tomar las medidas correctivas pertinentes a cada caso que se presente y preventivas con los equipos a instalar en el futuro.

-

Adiestrar al personal encargado de la supervisión de los equipos (VSD) de las plataformas BES; en aspectos prioritarios sobre el manejo de estos equipos, tomar acciones correctivas para que en el futuro la selección de los motores con respecto a las condiciones del enfriamiento tengan una condición que permitan mejorar esta situación, así poder aprovechar al máximo el rendimiento de los mismos.

Una opción al problema de

enfriamiento del motor para las próximas instalaciones podrían ser la utilización de un encamisado; para estos se debe consultar con las empresas suplidoras y evaluar las alternativas que ofrecen al respecto. -

Se debe estar atentos a los parámetros de baja carga y sobre carga con los cuales quedan operando los equipos después de su arranque o cuando se realice algún ajuste de frecuencia requerido.

-

Elaborar un plan de mantenimiento menor a los equipos de superficie, que permitan elaborar de forma coordinada trabajos de ajustes y reparaciones menores, tratando de que el equipo no sea sacado de servicio o que por lo menos sea por el menor tiempo posible.

-

Elaborar un manual de procedimientos básicos para el manejo de BES, en el que se especifiquen los procedimientos de las diferentes suplidoras de los equipos.

-

Se debe solicitar un diagrama de instalación adicional mas específico, donde se detallen claramente las profundidades de asentamiento de cada una de las partes del equipo (bomba, motor, separador de gas, conexión del cable, etc.).

-

En vista de lo delicado que es el cable de potencia y al realizar la bajada del equipo electrosumergible es el mas propenso o sufrir daños que a posteriores ocasionan la aparición de problemas como puntos calientes que al final son seguros puntos de falla, se recomienda la utilización de centralizadores, como medida para disminuir la frecuencia de daños ocasionados al cable.

Método de Producción (BES)

83

Bombeo Electrosumergible -

Se recomienda el uso de bombas más pequeñas ya que en base a la experiencia obtenida del campo se ha observado que la instalación de equipos de gran tamaño ha conllevado a que el problema del esfuerzo axial descendente, se haga latente, impidiendo que le porcentaje de rendimiento no sea lo suficientemente satisfactorio.

Método de Producción (BES)

84