Componentes ESP

Introduccin al Bombeo Electrosumergible1ObjetivoEste curso intenta llevar a los participantes una introduccin al bombeo electrosumergible, sus componentes, su operacin y la forma de diagnosticar su funcionamiento.2A quienes esta dirigidoLas clases estn dirigidas principalmente a Ingenieros de produccin, y enfocadas a describir las situaciones que estos pueden encontrar en el campo durante sus actividades cotidianas.3Que Veremos?Comenzaremos conociendo los diferentes componentes de un sistema de bombeo electrosumergible, desde el subsuelo a la superficie.Seleccionaremos una bomba para una aplicacin especifica, y aprenderemos a interpretar la curva de funcionamiento de esta.Finalmente aprenderemos a diagnosticar fallas, mal funcionamiento y problemas en el subsuelo, a partir de las herramientas que poseemos en superficie.4El SistemaUn sistema de bombeo electrosumergible se basa en la extraccin de petrleo mediante el uso de bombas centrifugas, similares a las utilizadas para la produccin de agua.5

200 KVA

TubingCuellosNivel de fluido dinmicoDescargaBombaSuccin (Intake) o Separador de GasSeccin Sellante (Protector)MotorSensor de Fondo (Opcional)Cable de PotenciaCaja de VenteoPanel o VSDTransformador6Un sistema de bombeo electrosumergible se puede dividir en tres grupos principales:Equipos de SubsueloCableEquipos de Superficie

200 KVA

El Sistema7Equipos de Subsuelo8Equipos de SubsueloSon aquellas piezas o componentes que operan instalados en el subsuelo.Las compaas de bombeo electrosumergible se especializan en la fabricacin de estos equipos, mientras que los componentes de los otros dos grupos son considerados miscelaneos.9BombaEl corazn del sistema de bombeo electrosumergible es la BOMBA Centrifuga. Estas bombas son del tipo Multi- Etapas y el numero de estas depende de cada aplicacin especifica.10BombaCada ETAPA esta formada por un Impulsor y un Difusor.El impulsor da al fluido ENERGIA CINETICA.El Difusor cambia esta energa cintica en ENERGIA POTENCIAL (Altura de elevacin o cabeza)11Bomba

12BombaEjeCuboFaldonAlabePasaje de FluidoDireccin deRotacin13BombaLas etapas a su vez pueden clasificarse, dependiendo de la geometra del pasaje de fluido, en dos tipos:F L U J O M I X T OF L U J O R A D I A L14BombaOtra clasificacin de los diferentes tipos de bombas se realiza segn la SERIE de las mismas.A la vez, la serie esta directamente relacionada con el dimetro de la bomba, por ejemplo A; D; G; H; Etc.15BombaLa nomenclatura utilizada para identificar a una bomba ser por su SERIE (dimetro) mas el caudal que la bomba pueda manejar en su punto de mayor eficiencia.16BombaPor Ejemplo:Una bomba TH-13000, es una bomba de la serie H (5.62 OD), diseada para producir 13.000 BFPD en su punto de mayor eficiencia Mientras que:Una bomba TG-2000, es una bomba de la serie G (5.00 OD), diseada para producir 2000 BFPD en su punto de mayor eficiencia 17MotorEl siguiente componente mas importante del sistema de bombeo electrosumergible es el MOTOR.Este es un motor trifasico, de induccin tipo JAULA DE ARDILLA, de dos polos, similar a los utilizados en aplicaciones de superficie.18MotorLas tres fases son conectadas al bobinado del motor, el que termina en una estrella en el interior de este, la cual trata de estabilizar un punto neutro.Fase AFase BFase C0o120o240o360oABC120o120o120o19MotorEl voltaje aplicado al motor induce un campo magntico en el bobinado del estator.El movimiento de este campo magntico induce otro campo magntico sobre los rotores alojados en el motor.20MotorEl campo magntico de los rotores girara a estos, intentando alcanzar al del estator.Como tenemos un eje conectado a los rotores, es posible obtener un trabajo til en el extremo de ste.21MotorEl campo magntico del estator gira a 3600 rpm, cuando la frecuencia del sistema es de 60 Hz.Los rotores intentan alcanzarlo, pero nunca lo logran.La diferencia entre la velocidad del campo magntico del estator y de los rotores se denomina deslizamiento.22Motor

23MotorDetalle de Laminaciones de un EstatorConductoresSlots24MotorLos motores pueden ser utilizados en sistemas de potencia de 60 Hz o de 50 Hz.La diferencia entre ellos ser que el motor funcionando a 50 Hz producir 5/6 veces la potencia que desarrollara a 60 Hz para la corriente nominal de el, pero a su vez el requerir 5/6 veces el voltaje requerido para funcionar a 60 Hz.

25Motor60 Hz50 Hz120 HP x5060= 100 HP855 Volts x5060= 712 Volts88 Amperios = 88 Amperios26MotorAl igual que las bombas, los motores estn clasificados segn su SERIE.La serie esta directamente relacionada con el dimetro externo del motorEn el caso de ESP, los motores se designan con nmeros, de acuerdo a su dimetro externo: TR3; TR4; TR5 y TR727MotorLos motores se seleccionan de acuerdo a la potencia demandada por el sistema y el dimetro interior disponible en el revestidor.Si por alguna razn, el sistema demanda una potencia mayor a la del motor mas grande para una serie determinada, estos pueden montarse en tandems de dos o tres motores, duplicando o triplicando la potencia28MotorAl realizar combinaciones de mas de un motor, es importante mantener el mismo amperaje de placa en todas las piezas.Tambin es recomendable mantener misma potencia y mismo voltaje29MotorCuando seleccionemos motores en tandem, debemos tener presente lo siguiente:Si utilizamos dos motores tendremos doble potencia.Tambin necesitaremos doble voltaje en superficie.Pero el amperaje mximo permitido ser el de la placa del motor.30Secciones SellantesLa tabla a continuacin muestra la mxima capacidad de los motores ESP utilizados

3.75 in4.56 in5.40 in7.5/25.510/12020/22515/76.520/36040/67576.536067533331Secciones SellantesOtra pieza muy importante de los equipos de subsuelo son las secciones sellantes.Estos equipos tambin se reconocen con el nombre de Protectores o ecualizadores, segn los distintos fabricantes.Esto se debe a que los sellos cumplen con mas de una funcin.32Secciones SellantesLas principales funciones de los sellos son:Evitar el ingreso de fluidos del pozo al interior del Motor (Sellar)Absorber los empujes descendentes y ascendentes de la bomba (Proteger)Equilibrar la presin interna del motor con la presin del pozo (Ecualizar)Adems, sirve de vinculo mecnico entre el motor y la bomba33Secciones SellantesEn la actualidad los sellos se pueden configurar en funcin de las necesidades propias de cada pozo, combinando diferentes tipos de cmaras, cojinetes de empuje, sellos mecnicos y materiales a utilizar, haciendolo personalizado a cada aplicacin.34Secciones SellantesLas cmaras de un sello pueden ser de dos tipos:

LABERINTO

SELLO POSITIVO (BOLSA DE GOMA)

35Secciones SellantesLas cmaras de laberinto estn compuestas por una serie de tubos, que forman un laberinto en el interior de esta para hacer el camino difcil al fluido de pozo que intenta ingresar al motor.

36Secciones SellantesEste tipo de cmara puede seleccionarse para aquellos pozos donde el fluido a producir tiene una densidad superior a la del aceite del motor (con alto corte de agua), o en pozos verticales

37Secciones SellantesEn aquellos pozos donde la densidad del fluido es semejante a la del aceite del motor o los equipos son instalados en la seccin desviada del pozo, es conveniente utilizar cmaras de sello positivo o bolsa de goma

38Secciones SellantesLa bolsa de goma es un elastmero que tiene la finalidad de evitar el contacto fsico de los fluidos del pozo con el aceite del motor, pero al ser muy flexible cumple con equilibrar las presiones en ambos lados de ella.

39Secciones SellantesA su vez, cuando el equipo comienza a inclinarse, los laberintos comienzan a perder su capacidad de expansin, la cual puede recuperarse utilizando cmaras de sello positivo

40Secciones SellantesA medida que la inclinacin aumenta se hace necesario incrementar la cantidad de cmaras con elastmero, pudiendo llegar a colocarse hasta 4 cmaras de bolsa por cada tandem.Esto permite alcanzar inclinaciones de hasta 75o u 80o

41Secciones SellantesLos sellos, al igual que bombas y motores, se clasifican segn su SERIE, la que se relaciona directamente con su dimetro exterior.La nomenclatura utilizada, en el caso de ESP, es la misma que para los motores.TR3; TR4; TR5 y TR742SuccionEl siguiente componente a considerar es la succin o intake.Esta es la puerta de acceso de los fluidos del pozo hacia la bomba, para que esta pueda desplazarlos hasta la superficie.43SuccionExisten dos tipos bsicos de succiones o intakes de bombas:

Las succiones estndar

Los separadores de Gas

44SuccionLas succiones estndar solamente cumplen con las funciones de permitir el ingreso de los fluidos del pozo a la bomba y transmitir el movimiento del eje en el extremo del sello al eje de la bomba.45SuccionLos separadores de gas, adems de permitir el ingreso de fluidos al interior de la bomba, tiene la finalidad de eliminar la mayor cantidad del gas en solucin contenido en estos fluidos

46SuccionExisten dos tipos de separadores de gas :

De flujo Inverso

Rotativos47SuccionLos separadores de Gas de flujo inverso, se componen de un laberinto que obliga al fluido del pozo a cambiar de direccin antes de ingresar a la bomba.En este momento, las burbujas continan subiendo en lugar de acompaar al fluido.48SuccinLos separadores de gas rotativos, utilizan la fuerza centrifuga para separar el gas del liquido.

49SuccionEl SINFIN fuerza al fluido a ingresar al separador, aumentando la presin en el interior de este.Luego la centrifuga separa el liquido, que es impulsado a la parte mas alejada de la centrifuga.

50SuccionEl gas permanece cercano al centro del separador.En la parte superior un inversor de flujos permite al gas liberarse por los orificios de venteo, mientras los liquidos ingresan a la bomba

51SuccinLa seleccin del separador de gas adecuado, depender de la cantidad de gas producida por el pozo, teniendo en cuenta la siguiente tabla de eficiencia:Tipo de SuccinCapacidad de SeparacinEstndar0%Flujo Inverso25% a 50%Rotativo70% a 85%52SuccinSi bien los separadores de flujo inverso y las succiones estandar no presentan un consumo de potencia significativo, los separadores rotativos s tendran incidencia en la potencia consumida por el sistema:Tipo de SuccinPotencia ConsumidaTR 31.75 HPTR 41.25 HPTR 57.00 HP53Cables54CablesLa unin elctrica entre los equipos descritos, instalados en el subsuelo, y los equipos de control en superficie son los cables.Existen varios tipos de cables en una instalacin de bombeo electrosumergible:Extensin de Cable PlanoCable de PotenciaConectores de Superficie55CablesLa extensin de cable plano, es una cola de cable de caractersticas especiales que en uno de sus extremos posee un conector especial para acoplarlo al motor.En el otro extremo este se empalma al cable de potencia.La diferencia entre ambos es que este posee las mismas propiedades mecnicas y elctricas que los cables de potencia pero son de un tamao inferior.56CablesEl conector al motor, tambin conocido como POTHEAD, es uno de los puntos mas crticos de la instalacin.Debido a las limitaciones de espacio, este es el punto mas caliente del sistema, especialmente en motores de alto amperaje57CablesExisten muchos tipos diferentes de cable, y la seleccin de uno de ellos depende de las condiciones a las que estar sometido en el subsuelo.58CablesPara la seleccin del tipo adecuado de cable es necesario tener en cuenta:Temperatura de subsueloPresin mxima del sistemaRelacin Gas Petrleo del fluidoPresencia de agentes corrosivos en el fluido59CablesLos cables de potencia pueden ser redondos o planos.La seleccin de uno u otro tipo depende del espacio disponible entre la tuberia de produccin y el revestidor del pozo.ArmaduraConductorPlomoAislacionConductorArmaduraNitrilo60CablesSiempre que el espacio anular nos lo permita, preferimos utilizar cable redondo por que:Es estructuralmente mas fuerte que el cable plano, por lo que es menos susceptible a daos durante la instalacin.Es totalmente simtrico por lo que el sistema permanecer elctricamente balanceado.61CablesUna de las razones es que una parte de la corriente que circula por el cable se perdera como calor.En un cable redondo todos los conductores tienen la misma superficie para disipar calor, y por lo tanto la misma temperatura.En el cable plano los conductores de los lados disipan la misma cantidad de calor, mientras que el conductor central tiene dos calentadores a sus lados que le impiden disipar la misma cantidad de calor que sus compaeros.62CablesOtra razn es que la corriente que circula por el conductor induce un campo magntico en conjunto con el conductor a su lado.En un cable redondo, cada conductor tiene otro a cada uno de sus lados, mientras que en el cable plano los conductores de los lados solo cuentan con un conductor junto a ellos.63CablesOtro tipo de cables utilizados en instalaciones de bombeo electrosumergible son los conectores de superficie.Estos son colas de cable con conectores especiales para cruzar a travez del cabezal de boca de pozo.64CablesTipos de Cable (Potencia)DenominacionTipo AislacionTemp. SubsueloMax. temp. ConductorCamisaBarreraRedPlanoPPE / HDPE 135Specialine 205(PPE / O) RDSpecialine 205(PPE / OTB)FLSpecialine 300(ETBO)Specialine 400(ETBO - HT)Specialead 450(ELB)Polipropileno / EtilenoPolipropileno / EtilenoPolipropileno / EtilenoEPDMEPDMEPDMPolipropilenoNitriloNitriloNitriloNitrilo de Alta TemperaturaPlomoNONOTedlar / NylonNylonTapeTape135 o F165 o F205 o F170 o F205 o F360 o F268 o F300 o F400 o F450 o F400 o F170 o FSINOSISINOSISISISISINONO65Cables

66Cables

Caida de Voltaje por Cada 1.000 Pies67CabezalesLos cabezales de superficie pueden ser de varios tipos diferentes, de los cuales, los mas comnmente utilizados son:Tipo HERCULES, para baja presinTipo Roscado, para alta presin68CabezalesLos cabezales tipo Hercules, son utilizados en pozos con baja presin en el espacio anular, y en instalaciones no muy profundas.Estos poseen un colgador de tubera tipo cua, y un pasaje para el cable.El cable de potencia cruza a travs de ellos hasta la caja de venteo, y es empacado por un juego de gomas prensadas.69CabezalesLos cabezales roscados se utilizan en operaciones Costa Afuera, pozos con alta presin de gas en el espacio anular o para instalaciones a alta profundidad.En ellos la tubera esta roscada al colgador, y este se suspende del cabezal.70CabezalesEl colgador cuenta con un orificio roscado, junto al de la tubera de produccin, en el cual se coloca un conector especial (Mini-Mandrel).El cable de potencia se empalma a una cola de cable, de similares caractersticas, que posee un conector en uno de sus extremos.Este conector se conecta con el del penetrador del colgador.71CabezalesEn el lado exterior del cabezal, se instala otra cola de cable, de inferior calidad, que cuenta con un conector en ngulo, que se conecta al penetrador del colgador.El otro extremo se conecta a la caja de venteo en superficie.72SerieDiametroSingle RangoHPTandem

RangoHPMax. HP TandemMax Nro SeccionTR 3TR 4TR 5TR 7

Sheet: Sheet1Sheet: Sheet2Sheet: Sheet3Extension de Cable PlanoDenominacionTipoArmadura KELBKapton/EPDM, Camisa de plomo y NylonGalvanizada / Monel KEOTBKapton/EPDM, Camisa de Nitrilo y Tedlar/NylonGalvanizada / Monel DPFAKapton/PFA, Bajo Perfil, Alta Temp.Galvanizada KERITEPEEK/EPDM, Elastomro c/AlgodonGalvanizadaSheet: Sheet1Sheet: Sheet2Sheet: Sheet3Extension de Cable PlanoCapacidadesDenominacionTipoArmaduraConductorMax Amp KELBKapton/EPDM, Camisa de plomo y NylonGalvanizada / Monel# 1110 Amps KEOTBKapton/EPDM, Camisa de Nitrilo y Tedlar/NylonGalvanizada / Monel# 295 Amps DPFAKapton/PFA, Bajo Perfil, Alta Temp.Galvanizada# 470 Amps KERITEPEEK/EPDM, Elastomro c/AlgodonGalvanizada# 655 AmpsSheet: Sheet1Sheet: Sheet2Sheet: Sheet360.0# 6# 450.040.0# 230.0# 120.010.00.00.020.040.060.080.0100.0120.0140.0Corriente en Amperios