DESCRIPCIÓN TÉCNICA DEL EQUIPO DE BOMBEOELECTROSUMERGIBLELa instalación del sistema de bombeo electrosumergible consta de dos grupos,que son:Equipo de SuperficieEquipo de Fondo

EQUIPO DE SUPERFICIELa instalación de superficie consta de un transformador reductor de 13,8 kV a480 V, voltaje necesario para la operación del variador de velocidad (VSD), elcual provee el voltaje trifásico variable al transformador elevador multi-taps,elevando al voltaje necesario para la operación del motor en el fondo del pozo,la caja de venteo es un punto de conexión del equipo de superficie con el equipode fondo, finalmente junto a la caja de venteo se instala un registrador deamperaje del motor electrosumergible.

Los componentes en la superficie de los pozos son:Cabezal del PozoCaja de Venteo (Caja de Empalme)Transformadores

Controlador del Motor Electrosumergible (Variador de Velocidad VSD)

Cabezal del PozoEl cabezal cierra mecánicamente el pozo en la superficie, soporta el peso delequipo electrosumergible instalado, además mantiene un control sobre elespacio entre el casing y la tubería de producción del pozo.La conexión del cable de potencia que viene de la caja de venteo, se realizamediante un conector llamado “Quick Conector”, donde se realiza el empalme delos cables eléctricos de superficie y de fondo, como se indica en la figura 2.3

Caja de Venteo (Caja de Empalme)En la figura 2.4, se muestra la caja de venteo, que cumple con tres funcionesimportantes:1. Proveer un punto de conexión entre el bobinado secundario deltransformador elevador multi-taps y el cable eléctrico de potenciaproveniente del fondo del pozo.2. Ventea a la atmósfera cualquier gas que se encuentre en la armadura deprotección del cable eléctrico de potencia que proviene del pozo.3. Facilita puntos de prueba accesibles para realizar mediciones eléctricas delequipo de fondo.

Por lo general junto a la caja de venteo se ubica un registrador amperimétrico,donde se registra de forma gráfica la corriente del motor electrosumergible encartas Amperimétricas

Controlador del Motor Electrosumergible (VSD)El controlador del motor electrosumergible VSD (Variable Speed Driver), que seinstala en la superficie del pozo entre los transformadores reductor y elevadormulti-taps, éste controla la velocidad de rotación del eje en el motorelectrosumergible que se encuentra axialmente acoplado al eje de la bombacentrifuga multi-etapa ubicada en el fondo del pozo.El VSD proporciona la potencia suficiente al equipo de fondo para que éstefuncione en óptimas condiciones, ofrece además numerosas opciones deprotección, control y monitoreo del respectivo equipo que varían de acuerdo alfabricante

TransformadoresLos transformadores: reductor y elevador multi-taps, se instalan en la superficiedel pozo de bombeo electrosumergibleEl primer transformador reduce el voltaje de distribución de 13,8 kV al voltajede 480 V, necesario para el funcionamiento del variador de velocidad, mientrasque el segundo transformador eleva el voltaje de salida del variador (480Vvariable en frecuencia) al voltaje que requiere el motor electrosumergible con lasrespectivas conexiones (DELTA o ESTRELLA) y el tap que se selecciona en eltransformador elevador

Para la selección de los taps adecuados, se toman en cuenta las siguientesconsideraciones:La caída de voltaje que se tiene por la longitud del cable eléctrico de potenciaa la frecuencia de operación del VSD.El consumo de voltaje en el motor electrosumergible a la frecuencia de trabajo.La caída de voltaje debido a la temperatura de fondo del pozo.Los taps, son dos selectores (números y letras) que mediante su combinaciónseleccionan el voltaje en el bobinado secundario del respectivo transformadorelevador, que se ha seleccionado para el funcionamiento del equipo de fondo, lasposibles combinaciones junto con los voltajes se especifican en la placa delrespectivo equipo

EQUIPO DE FONDOSe identifica como equipo de fondo, los componentes que se encuentran en elsubsuelo del pozo acoplados a la tubería de producción, estos componentes semencionan en orden ascendente empezando desde el fondo del pozo: sensor defondo, motor electrosumergible, sello ó protector, separador de gas, bombacentrífuga multi-etapa y el cable eléctrico de potencia

Motor ElectrosumergibleEl motor electrosumergible provee la energía que necesita la bomba para rotar yacelerar los fluidos que están siendo bombeados hacia la superficie, constabásicamente de un estator bobinado de inducción bipolar trifásico y rotor jaula de

ardilla, que gira a una velocidad sincrónica, que se calcula como:

Donde:N: Revoluciones por minuto (rpm)f: Frecuencia en línea (60 Hz)P: Número de polos en el motor (2 polos)

Aplicando la ecuación Ec 2.2, a la frecuencia de operación de 60 Hz se tieneuna velocidad sincrónica nominal de 3.600 rpm (revoluciones por minuto).Debido al diámetro reducido de los pozos, el motor electrosumergible seencuentra constituido por pequeños estatores que se encuentran internamenteacoplados de forma mecánica

Las partes del motor electrosumergible son:Bastidor ó HousingEstatorRotor

Bastidor ó HousingEl bastidor es la cubierta del motor, está provisto de roscas en ambos extremospara facilitar la instalación del cabezal y la base del motor electrosumergible, losdiámetros varían según los fabricantes y principalmente del diámetro que sedispone en cada pozo

EstatorCada estator interno del motor electrosumergible se encuentra formado por:Núcleo del EstatorBobinados del EstatorNúcleo del EstatorCada núcleo de cada estator esta formado de laminaciones comprimidas entre sipara asegurar una estabilidad mecánica a lo largo de todo estator

Bobinados del EstatorEl bobinado por fase para cada estator interno se realiza medianteconductores de cobre revestidos de esmalte (Polyamido PEEK),

RotorEl rotor del motor electrosumergible, gira libremente acoplado al eje del motor

La refrigeración del motor electrosumergible, se realiza mediante la circulaciónde aceite mineral altamente refinado con una alta rigidez dieléctrica (30kV) yconductividad térmica, ofreciendo además una buena lubricación de loscomponentes mecánicos, adicionalmente el motor se refrigera por la circulación

del fluido del pozo que debe tener una velocidad mínima de 1 pie/segundo.El motor electrosumergible suministra exactamente tantos HP (Horse Power)como la bomba multi-etapa necesite, la mayoría de motores están diseñadospara ser más eficientes en el “punto de diseño”, se encuentra en función de lacarga, típicamente tiene valores entre el 80% y 90% en condiciones normales defuncionamiento.

Los parámetros importantes que se deben tomar en cuenta para la operacióndel motor electrosumergible son:Potencia Nominal: Es la potencia máxima que genera el motorelectrosumergible bajo condiciones nominales de funcionamiento, generalmentea la frecuencia de 60 ó 50 Hz.Voltaje Nominal: Es el voltaje necesario que se debe suministrar a losterminales del motor electrosumergible para su correcto funcionamiento.Corriente Nominal: Es la corriente que circula por los bobinados del estator delmotor electrosumergible en condiciones nominales de funcionamiento, si lacorriente es menor el motor no se encuentra totalmente cargado, mientras quesi la corriente es mayor a la nominal el motor se encuentra sobrecargado,condiciones de baja y sobre carga se deben corregir rápidamente para que elmotor no sufra daños mecánicos o eléctricos o deje de funcionar.Los valores nominales del motor electrosumergible, se encuentran especificadospor la serie que tiene el respectivo equipoCuando el sistema es energizado por primera vez, no es raro observar que elmotor electrosumergible consuma una corriente mayor a la nominal, hastacuando el pozo se estabilice y la corriente es menor al valor nominal.

Protector o SelloEn la figura 2.22, se muestra un sello que se instala entre el motorelectrosumergible y la bomba multi-etapa, puede ser instalado como una unidadsimple o como una unidad tandem (conexión serie de equipos del mismo tipo).

Las funciones básicas del sello ó protector son:Provee el volumen necesario para permitir la expansión del aceite dieléctricocontenido en el motor debido al incremento de la temperatura del motorcuando se encuentra funcionando.

Iguala la presión externa del fondo de pozo con el fluido dieléctrico interno delmotor.Protege al motor de la contaminación de los fluidos del pozo mediantesecciones sellantes que evitan que ingresen por el eje de acoplamiento.Absorbe los movimientos axiales al eje producidos por las etapas de labomba.

Bomba Electrosumergible

La bomba electrosumergible es del tipo centrífuga multi-etapa, donde su diámetrode fabricación depende del espacio que se dispone en cada pozo, el caudal dedescarga depende de: la carga hidrostática, la velocidad de giro del motorelectrosumergible, diseño de las etapas internas y propiedades del fluido.Los componentes mecánicos de cada etapa de la bomba son: un impulsorrotatorio y un difusor estacionarioEl movimiento del fluido a través de las etapas de la bomba electrosumergible, seproduce por el movimiento rotatorio del impulsor proporcionando al fluido laenergía cinética necesaria para que circule por el difusor y la suma de etapasgenera la adición de presiones, produciendo suficiente energía potencialelevando el fluido hasta la superficie

Cable Eléctrico de PotenciaLa energía eléctrica necesaria para el funcionamiento del motor electrosumergiblees transmitida desde la caja de venteo a través de un cable eléctrico depotencia, que puede ser plano ó redondo de forma simple y/o con tubo capilarpara la inyección de químicos dentro del pozo

Los componentes internos del cable eléctrico de potencia SON:

Conductor: El conductor interno del cable eléctrico de potencia, se fabrica de trestipos: sólido, trenzado y compacto, el calibre mas utilizado en las instalacionesde bombeo electrosumergible es el AWG #2.Aislamiento: El aislamiento del conductor interno del cable eléctrico depotencia, se encuentra fabricado de:PPE ó P: Polipropileno/etilenoE: E P D M ( Etileno propileno dienemetileno)K: P o l i a m ida( Kaptom)T: C i n t a semi-conductoraS: EspecialBarrera: La barrera protectora del conductor interno del cable eléctrico depotencia, se encuentra fabricada de:TB-300: Cinta Trenzada de fluoruro de Polivinil (PVF o Tedlar)TB-400: Cinta trenzada de alta temperatutaF: F luoropolimero extruido (FEP)S: F l u o r uro de Polivinildeno Extruido (PVDF o Solef)L : PlomoChaqueta: La chaqueta de protección de la barrera en el cable eléctrico depotencia se encuentra fabricada de:PE: Polietileno de alta densidad (HDPE)O: Nitrilo (Compuesto de goma de nitrilo resistente al petróleo)E: EPDM ( Compuesto de goma de EPDM)Armadura: Finalmente la armadura protectora del cable eléctrico de potencia seencuentra fabricada de:

FP: Perfil de armadura planoHG: Acero galvanizado de película gruesaGG: Doble galvanizado (dos películas)SS: Acero inoxidableM: MonelG: Acero galvanizadoEl espesor de la armadura puede variar desde 0,015 pulgadas a 0,034 pulgadas(0,38 mm. a 0,86 mm.).Cable Eléctrico de Extensión (Motor Lead Extensión-MLE)El cable de extensión, es un segmento corto de cable de potencia que en unode sus extremos posee un conector para la conexión al motor electrosumergiblemientras que en el otro extremo se empalma al cable eléctrico de potencia queviene de la superficie, como se muestra en la figura 2.29.a) Separador de GasEl gas que se encuentra presente en los pozos disminuye la eficiencia de labomba electrosumergible y cuando la presión de fondo es menor a la presiónde burbuja del petróleo (Pb), las partículas de petróleo y gas se empiezan aseparar incrementando la posibilidad de cavitación o bloqueo por gas en la bombaelectrosumergible, siendo necesaria la instalación del separador de gas, que seindica en la figura 2.30.FIGURA 2.30: Separador de gas1

La aplicación del separador de gas se realiza en los pozos con una elevadarelación gas petróleo (GOR), tomando en cuenta que la bomba electrosumergiblepuede operar normalmente con un porcentaje de gas libre menor al 10% delvolumen de fluido que esta siendo bombeado.1 BAKER CENTRILIFT-CATALOG572.1.2.7 Sensor de FondoEl sensor de fondo, se encuentra instalado en la base del motorelectrosumergible, se encarga de monitorear la temperatura del motor y lapresión de entrada a la bomba electrosumergible.Las señales de temperatura y de presión de fondo son previamenteacondicionadas por el propio sensor en el fondo del pozo y transmitidas a travésdel cable eléctrico de potencia hacia la superficie.El sensor de fondo, esta constituido de: un paquete sensor, paquete inductor ypaquete indicador.Paquete Sensor: Se instala en la base de motor electrosumergible y es elencargado de censar y acondicionar la señal de presión y temperatura de fondoa una señal eléctrica, para ser transmitida a través del cable eléctrico de potenciahacia la superficie.Paquete inductor: Se ubica junto al variador de velocidad en la superficie,proporciona la energía eléctrica al sensor de fondo para su funcionamiento, seencuentra formado como se indica en la figura 2.31.FIGURA 2.31: “Paquete Inductor” del sensor de fondo58

Paquete Indicador: Se encuentra formado por un display con una interfase quele permite interactuar con el operador y visualizar la temperatura y la presión defondo, se ubica junto al “Paquete Inductor”, como se muestra en la figura 2.32.FIGURA 2.32: “Paquete indicador” del sensor de fondoEn los pozos del campo Libertador, se encuentran tres tipos de sensores queson: PHD ó CENTINEL (Baker-Centrilift), PHOENIX (Reda-Schlumberger) ySMARTGUARD (Wood Group).