BES (Bomba)

Presentacin de PowerPoint

Produccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)El sistema de bombeo electrosumergible (B.E.S) es un sistema de levantamiento artificial que emplea la energa elctrica convertida en energa mecnica para levantar una columna de fluido desde un nivel determinado hasta la superficie, descargndolo a una determinada presin.

Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)El BES tiene como principio fundamental levantar el fluido del reservatorio hasta la superficie, mediante la rotacin centrfuga de la bomba electrosumergible. La potencia requerida por dicha bomba es suministrada por un motor elctrico que se encuentra ubicado en el fondo del pozo; la corriente elctrica, necesaria para el funcionamiento de dicho motor, es suministrada desde la superficie, y conducida a travs del cable de potencia hasta el motor. Bombeo Electro Sumergible

Produccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Requerimiento de Equipos y/o Facilidades de Superficie.

Variador de FrecuenciaCaja de VenteoEs la caja de conexiones del sistema.Permite conectar el cable de energadel equipo de superficie con el cable deconexin del motorCabezal de DescargaTransformador ElevadorTransformador Reductor

Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Requerimiento de Equipos y/o Facilidades de Superficie.

Variador de FrecuenciaUn variador de velocidad ajusta el rgimen de la bomba mediante la variacin de velocidad del motor

Bombeo Electro SumergibleTransformador ReductorEs el que reduce la energa del sistema general y las acondiciona al voltaje que requiere el Variador de FrecuenciaProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Requerimiento de Equipos y/o Facilidades de Superficie.

Transformador ElevadorEs el que aumenta la energa reducida por el transformador reductor y las acondiciona al voltaje que requiere el Motor de fondoCabezal de DescargaEsta diseada para soportar el peso del Equipo de subsuelo y se usa para mantener el control del espacio anular del pozo

Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)

Bombeo Electro SumergibleCaja de VenteoEs la caja de conexiones del sistema. Permite conectar el cable de energa del equipo de superficie con el cable de conexin del motor

La caja de venteo tiene tres funciones: Funciona como un punto de conexin entre el penetrador del cabezal, el cable "pigtail" y el cable de superficie permanente, permitiendo que los espacios internos de estos cables est completamente sellados para prevenir la migracin de gases desde el cabezal al cuarto de control.

Permite el acceso al sistema elctrico del cabezal para pruebas de rutina y la localizacin de averas; as como facilitar un medio local de aislamiento fuera de lnea.

Funciona como punto de desconexin del equipo del cabezal desde el sistema elctrico de superficie durante una intervencin o reparacin del pozo.Produccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)SELLOSEP. DE GAS BOMBA COMB. MOTOR SENSORTUB. CABLE CAJA DE VENTEO TRANSFORMADOR ELEVADORVARIADOR DE FRECUENCIATRANSFORMADOR REDUCTORLNEA DE FUERZANIVEL ESTTICONIVEL DINMICOSistema BES.

Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)

Requerimiento de Equipos en el Completamiento

Bombeo Electro SumergibleSensor de FondoEs un instrumento electrnico unido al motor que recibe seales fsicas de su entorno y luego son transformadas en seales electrnicas y enviadas a travs del cable de potencia hasta el panel de control en superficieProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Motor Elctrico.Recibe la energa desde una fuente superficial de corriente alterna creando un campo magntico que giran en el estator, estos inducen al rotor y al eje girar en el estator.


Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Protectores y/o SellosAslan al motor de los fluidos del pozo y ecualizan la presin entre el pozo y el Motor, y permiten tambin la expansin o contraccin del aceite para el motor. Se encuentra instalado entre el motor y la bomba


Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Requerimiento de Equipos en el Completamiento

Seccin de Admisin de los Fluidos: Puede ser simplemente una seccin ranurada convencional que sirva de filtro o un separador de gas.

El Separador de GasTambin provee entrada pero separa el gas antes que ingrese a la bomba.

Hacia la bombaOrificios de venteoTubo de compresinCmara de separacin rotativaRotor revestidoGuias de orientacinBuje centralOrificios de entradaAlojamientoRevestimiento del rotor Cmara de separacinTubo de compresin

Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Requerimiento de Equipos en el Completamiento

BombaEs el componente encargado de impulsar al flujo desde las profundidades del yacimiento hasta la superficie. El nmero de etapas centrifugas determina la velocidad, la presin y la energa requerida.

Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Cable de PotenciaConduce la energa necesaria para impulsar el motor desde superficie. Algunas veces es el componente ms costoso (pozos muy profundos o muy problemticos).

Requerimiento de Equipos en el CompletamientoBombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Bombeo Electro SumergibleDentro de las aplicaciones del cable de potencia en el sistema BES, actualmente en la industria se tiene la opcin de instalar el cable de potencia con un tubo capilar o 2 tubos capilares, lo cual facilita la inyeccin de productos qumicos tales como anticorrosivos, diluyentes, antiespumantes, anti scale (incrustaciones) etc., desde la superficie.

El diseo del tubo capilar est supeditado al requerimiento del cliente y a la geometra del pozo, por ejemplo: tubo capilar de ", 1", etc.

Esta opcin de usar tubo capilar facilita la operacin BES, principalmente cuando hay formacin de asfltenos, parafinas, formacin de incrustaciones, produccin de petrleo con alto corte de agua, petrleos pesados, etc.

Produccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Rangos de Aplicacin del Bombeo Electro Sumergible

Parmetros RecomendadosCaudal de Operacin: 200-30.000 BPD, En pozos del mar del norte, ha manejado hasta tasas de 60.000 BPD.Temperatura: 100 a 400F. Desviacin del pozo: La bomba debe estar asentada en una zona de 8 / 100 pies.Profundidad: Puede operar a grandes profundidades, hasta 20.000 pies.Propiedades del HidrocarburoGas: saturacin de gas libre < 10% API: Maneja crudos con API mayor a 10, es una de las mas importantes opciones para la extraccin de crudo pesado.Ambientes cidos: los materiales soportan ambientes corrosivos.Propiedades del Yacimiento.Presencia de Arena: < 200 ppm (preferiblemente 0)Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Aplicaciones, Ventajas y Limitaciones del BES.El bombeo electrosumergible se utiliza para manejar grandes volmenes de lquido y supera tcnica y econmicamente a otros mtodos de levantamiento artificial cuando se renen las siguientes condiciones: Alta productividad del pozo.Baja presin de fondo. Alta relacin Agua-Petrleo (RAP). Baja relacin Gas- Lquido (RGL).

Cuando se tienen altas presiones de fondo y bajas relaciones agua-petrleo es necesario considerar otros mtodos, como el bombeo mecnico y el levantamiento artificial por gas, pero no se descarta la posibilidad de utilizar bombeo electro sumergible.En caso de altas RGP, se puede emplear el bombeo electro sumergible utilizando un eficiente separador de gas y colocando la bomba lo mas profundo posible.Otras de las aplicaciones mas importantes de ste mtodo de bombeo es en proyectos de inyeccin de agua.Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Aplicaciones, Ventajas y Limitaciones del BES.

Ventajas:

Puede levantar volmenes extremadamente altos (90000 bpd) en pozos someros con revestidor grande. No presenta problema con hoyos desviados. Aplicable Costa Afuera. Los costos de levantamiento para grandes volmenes son muy bajos. Diversidad de Tamaos. Se pueden instalar fcilmente sensores de presin en el hoyo para ser medidos en superficie. No causan destrucciones en ambientes urbanos. Fcil para aplicar tratamientos contra la corrosin y formacin de escamas.Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Aplicaciones, Ventajas y Limitaciones del BES.

Limitaciones:

Es imprescindible disponer de una fuente de corriente elctrica. Se requieren altos voltajes ( +/- 1000 voltios). No es prctico en pozos someros de baja productividad. Limitaciones por el tamao del revestidor. Los cables causan problemas en el manejo de la tubera. Los cables se deterioran al estar expuestos a altas temperaturas. La produccin de slidos y gas es problemtica. No se recomienda en profundidades mayores de 10000 pies debido al costo del cable y a la dificultad en instalar suficiente potencia en el fondo del pozo. El anlisis no es fcil.Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Fallas en el Equipo del BES.

Las partes mas expuestas en este sistema lo constituyen: el motor, la bomba, el protector y el cable. En esta succin se enumeran algunas de ellas:

Motor: Es la parte mas susceptible a sufrir daos por ser el eje principal del equipo, puede presentar:

Excesiva carga de voltaje al motor originada por un mal diseo, desgaste de la bomba, bajo voltaje. Filtracin de los sellos del protector, que llevan a causar corto circuito en el motor, esta filtracin puede ser originada por vibraciones excesivas de la bomba, mal manejo durante su instalacin o traslado, defecto de fabricacin. Desgaste de la carcasa del motor debido a corrosin. Operacin insuficiente del motor debido a presencia de sucio o humedad en el tablero de control que originan fluctuaciones en el voltaje.

Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Fallas en el Equipo del BES.

Bomba:

Desgaste de las arandelas inferiores y superiores del impulsor cuando la bomba se encuentra operando en condiciones de empuje hacia abajo o hacia arriba respectivamente. Desgaste de los componentes debido al tiempo de funcionamiento. Desgaste de los componentes por abrasin. Taponamiento de las etapas por sedimentos. Doblez en el eje por mal manejo durante el traslado o el montaje. Corrosin.Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Fallas en el Equipo del BES.

Protector:

Mal manejo, lo cual puede ocasionar rompimiento de los sellos de cermica produciendo fuga de aceite. Vibraciones de la bomba. Excesivas paradas y arrancadas del equipo.

Cable:

Mal manejo durante la instalacin y corrida dentro del pozo. Mala centralizacin. Excesiva carga de amperaje. Mala conexin con el cable plano.

Bombeo Electro SumergibleProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Bombeo Electro SumergibleSuministroOperacionalEquipoPozo / YacimientoCausas GeneralesInestabilidadDeficiencia en el suministro elctricoFalta de monitoreo continuoDiseo inadecuado del equipoOperacin ineficiente durante la instalacin del equipoPracticas inadecuadas durante la vida operativa del equipoManejo inadecuado del equipoAcondicionamiento deficiente del pozoProceso de fabricacin deficientePropiedades de los materiales de fabricacin deficienteDesgaste propio del tiempo de operacinProduccin de SlidosTemperaturaBajo AporteProduccin de GasIncrustacionesProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Bombeo Electro Sumergible (BES)Diseo de un Sistema BESProcedimiento para el diseo del BES

1.- Estimar la Capacidad de Afluencia del Intervalo Productor:

Calcular la IPR con base en la prueba de produccin del pozo, presin esttica y la presin de burbuja. Estimar la tasa mxima permisible de produccin, de acuerdo a la IPR y considerando futuros problemas de conificacin de agua y/o gas y arenamiento. Seleccionar el caudal de diseo (bpd) y su respectiva presin de fondo fluyente (Lpca)

Qopt = 0.75* Qmx

Diseo de BESProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Procedimiento para el diseo del BES

2.- Determinar el Nivel Dinmico de Lquido (pies).

- Estimar el gradiente de la Mezcla (Gm).

Gm = 0.433 * m (lpc/pie)

m = o*fo + w*fw

Donde:

m: Gravedad especfica de la mezclao: Gravedad especfica del petrleow: Gravedad especfica del agua.fw: Corte de Aguafo : Corte de Petrleo = 1-fw


2.- Determinar el Nivel Dinmico de Lquido (pies).

Estimar la altura de la mezcla (pies). Nivel Esttico

hm = Pwf/Gm (pies)

Estimar el Nivel dinmico (pies).

Nivel Dinmico = Profundidad total del pozo Altura de la mezcla (hm).

3.- Determinar la Profundidad de asentamiento de la bomba (pies).

Prof. Asentamiento = Nivel Dinmico + hd (sumergencia)

Donde hd depende del criterio de diseo. Se recomienda una sumergencia de 700 a 1000 pies de profundidad. Esto es relativo considerando que la bomba se debe colocar a la profundidad donde la fraccin de gas a su entrada sea mnima.


4.- Estimar la Presin y Temperatura a la entrada de la bomba

Asumiendo variacin lineal, el gradiente dinmico se puede obtener:

Gtd = [Tfondo-Tsuperf]/profundidad

La temperatura a la entrada de la bomba a profundidad se determina:

Tentrada = Tfondo Gtd * (Prof. Total Prof. Asentamiento de la bomba)

Estimar la presin en la entrada de la bomba a profundidad

Pentrada = 0.433 * m * hd Diseo de BESProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Procedimiento para el diseo del BES

5.- Determine las propiedades PVT de los fluidos a condiciones de la entrada de la bomba

Calcular Pb, Rs, o, w, g, Z

Pb = DatoRs = Ecuacin de Standing.Bo = Ecuacin de StandingBw = Se asume 1.

Bg = (0.00503*Z*T(R)) / P (Lpca)

Donde


6.- Determine la fraccin de gas en la entrada de la bomba

g = [(1-fw).(RGP-Rs)-fw.Rsw].Bg / fw.Bw+(1-fw).Bo+[RGP-Rs).(1-fw)-fw.Rsw.Bg]

7.- Comparar la fraccin de gas a la entrada de la bomba

Si g > o igual a 7% incremente la profundidad de asentamiento de la bomba en 100 pies y repita los pasos 4 a 6.

Si g > a 7% y se ha alcanzado la profundidad lmite de asentamiento de la bomba, se recomienda colocar un separador para reducir la fraccin de gas a la entrada de la bomba. Se debe considerar la instalacin de un separador de eficiencia 90%.

Si g < a 7% y n no se ha alcanzado la profundidad total del pozo, es de su interes considerar repetir los pasos hasta lograr 0% de gas libre.


8.- Calcular la tasa total de fluido a la entrada de la bomba

qt = ql*{fw*Bw + (1-fw)*Bo + [(1-fw)*(RGP-Rs) fw*Rsw]*Bg}

Si se considera la colocacin de un separador se debe tomar en cuenta lo siguiente:

RGPnueva = (1-0.01*Eficiencia)*(RGP-Rs)+Rs

RGLnueva = RGPnueva*foDiseo de BESProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Procedimiento para el diseo del BES

9.- Carga dinmica total ( TDH): La carga dinmica total en el sistema BES est dado por la suma del nivel de fluido dinmico mas la prdida de friccin de la tubera mas la presin de descarga (Presin del tubing)

TDH = Nivel dinmico (ND) + Friccin del tubing (Ft) + Presin de descarga ( Pd)

Donde

Pd = [Pwh]/Gm

Ft: Grfico de William y HazenDiseo de BESProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES) Seleccin de la Bomba:

La seleccin de la bomba esta basada en el caudal que podr aportar el pozo para una determinada carga dinmica y segn las restricciones del tamao del casing. La opcin ms econmica normalmente se da eligiendo equipo de series grandes (dimetros grandes) las cuales sern restringidas por el diametro del Casing.

La bomba seleccionada deber ser aquella en el que el caudal terico a extraer se encuentre entre los lmites ptimos de trabajo de la misma y cerca de la mxima eficiencia. En caso de tener dos o mas bombas cerca de la mxima eficiencia, la seleccin final se basar en:

1) Comparacin de Precios.2) Potencia requerida (de la cual depende el consumo y el precio del motor).

Una vez seleccionada la bomba, se pueden observar tres curvas caractersticas correspondientes al comportamiento de una etapa de la bomba:

BHP(Pump Only Load): Potencia consumida por la etapa (Rojo)Head Capacity: Capacidad de Elevacin (Azul)Eficiencia (Pump Only Efficiency)]: (Verde)Diseo de BESProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Curva de Comportamiento de una Bomba

Diseo de BESProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)A partir del grfico podemos determinar la capacidad de elevacin de la etapa (Con el caudal cortamos la curva de la Head Capacity y leemos el valor en la parte izquierda del grfico). Como en cualquier curva caracterstica de bombas centrfugas se puede observar como vara el caudal en funcin de la altura de elevacin (es decir respecto a la contrapresin que acta sobre la etapa.

Siguiendo el mismo procedimiento podemos determinar la potencia consumida por una etapa (Con el caudal cortamos la lnea correspondiente al BHP (pump only load) y leemos el primer valor de la parte derecha del grfico).Diseo de BESProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES) Dimensiones de la Bomba

Una vez calculada la capacidad de elevacin de una etapa y sabiendo que la bomba deber vencer una presin (TDH) de columna de lquido, podemos determinar el N de Etapas que necesitaremos:

Para calcular el nmero de etapas requeridas , se divide la carga dinmica total entre el levantamiento en pies que tiene cada etapa.

Nmero de etapas = Carga Dinmica Total / Levantamiento de cada etapa

Despus que se ha calculado el mximo nmero de etapas, se procede a calcular los HP requeridos para el total de etapas:

HP totales = HP-Etapa x N Etapas x m.Diseo de BESProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES) Seleccin del Motor (Clculo de Potencia)

Existe una gran variedad de motores en el mercado, y si bien la seleccin bsica se realiza a travs de la potencia requerida, intervienen en la misma el rango de voltaje, la frecuencia, la profundidad (temperatura), aplicaciones especiales para ambientes corrosivos, etc.

La potencia requerida por el motor se calcula multiplicando la potencia consumida por una etapa (calculada anteriormente con la curva) por el N de Etapas.

Hp requeridos = HP-etapa x N Etapas

Con este valor vemos en la tabla de seleccin de motor a 60 Hz y seleccionamos el(los) motor(es) necesarios para el diseo.Diseo de BESProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES) Seleccin del Cable

El tamao adecuado del cable depende de los factores combinados de cada de tensin, amperaje y espacio disponible entre los acoples de tubera de produccin y la tubera de revestimiento.

Remtase a la curva de cada de Tensin del Cable. De acuerdo con el amperaje del motor seleccionado y la temperatura dada de fondo de pozo, se recomienda la seleccin de un tamao del cable que d una cada de tensin de menos de 30 voltios por 1.000 pies.

El Voltaje por cada mil pies debe ser corregido por temperatura, mediante la tabla de correccin.Diseo de BESProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Diseo de BES

Produccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES) Seleccin del Tablero y Transformador.

Para determinar el voltaje total necesario debemos considerar adems la cada del voltaje en el cable.

Por la tabla anterior obtenemos para los amperios del motor, la cada de voltaje.

Si consideramos la profundidad a la cual ser instalado el equipo:

Voltaje en el cable = Prof. Instalacin x Cada de voltaje

Entonces el voltaje requerido en superficie es:

Voltaje total = 2x voltaje del motor + voltaje en el cable

KVA = (volts x amp x 1.732)/1000Diseo de BESProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)Bombeo Electro SumergibleEjercicioEjercicioEjercicio:

Para el Diseo de sistema de Bombeo Electro Sumergible se tienen las siguientes condiciones:

Tfondo = 300 F yo = 0,9 Rs = 57 pcn/ bnTsup = 60 F fw = 0,32 RGP = 200 pcn / bnyg = 0,8 Bo = 2,19 by/bn Bg = 0,0078 bls / pcnZ = 0,94 Rsw = 12 bls /pcn Ef sep = 90 %

Bomba GN1600 Series 540

Del anlisis nodal se tiene que :Pws = 2500 lpc Pb = 2000 lpcQb = 500 bpdQmax = 1200 bpdPwh = 150 lpcProduccin 2Bombeo Electro Sumergible (BES)

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