Reacondisionamiento Para Ubm y Equipo de Reparación.

download Reacondisionamiento Para Ubm y Equipo de Reparación.

of 63

Transcript of Reacondisionamiento Para Ubm y Equipo de Reparación.

  • FACULTAD DE INGENIERA

    DIVISIN DE INGENIERA EN CIENCIAS DE LA

    TIERRA

    "PROPUESTA DE DISEO PARA EL

    REACONDICIONAMIENTO DE BOMBEO MECANICO CON EQUIPO TRP"

    TESINA

    QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

    INGENIERO PETROLERO

    P R E S E N T A:

    EDGAR ARIAS TRUJANO

    DIRECTOR DE TESINA:

    ING. CARLOS ALBERTO AVENDAO SALAZAR

    MXICO, D. F., CIUDAD UNIVERSITARIA, 2014

    UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA

    DE MXICO

  • ii

    Agradecimientos.

    A mis Padres: Tomas Arias Durn y Reyna Trujano Vzquez Que nunca han dejado de apoyarme en los momentos ms difciles de mi vida, por decirme las palabras que necesitaba escuchar, gracias. A mi esposa: Jazmn Rodrguez Mares Por siempre creer en m, nunca dejarme solo, ser mi compaera en los momentos

    en que no vea una luz al final del tnel, gracias por todo tu amor y apoyo.

    A mis hijos: Edgar e Isaac Por tener la paciencia y esperar a que tenga tiempo para ustedes y darme todas las alegras del mundo.

    A cada uno de mis hermanos: Ral, Javier y Reyna Por ser mis compaeros desde la infancia hasta ahora, los cuales me han ayudado de alguna u otra forma.

    Al Ing. Carlos Avendao Salazar por su tiempo y apoyo para conmigo en la elaboracin de este trabajo, sus consejos y recomendaciones. A cada uno de mis sinodales y maestros, Al Dr. Edgar Ramrez Jaramillo por su apoyo desde que fue mi maestro, su recomendacin para irme a trabajar, hasta el da de hoy, al M.I. Felipe de Jess Lucero Aranda por ser mi maestro de sistemas artificiales, por sus consejos para la elaboracin de este trabajo, Al Ing. Octavio Steffani por sus observaciones tanto de maestro como de sinodal, Al Ing. Agustn Velasco por ser mi maestro y compartir sus experiencias laborales.

    Al Ing. Israel Castro por su apoyo y confianza desde mi servicio social hasta el momento en que me fui a trabajar, a mi familia de Tampico, al Ing. Osvaldo Barrn Parra, su esposa la Ing. Roxana Lpez Dinorin gracias por recibirme y ser parte de su familia, Ing. Alfonso Montiel por ser mi jefe y compartir algo de su conocimiento, al Ing. Mario Snchez Estrada por ser mi jefe y amigo. A mis amigos de la facultad Agustn Silva Lang por ser mi compaero desde la primaria hasta la facultad, Javier Velzquez Trejo, Edgar Hernndez, Gerardo Gutirrez Esquivel, Cristian Valadez Dueas por todos los momentos que pasamos como estudiantes, a mi amigo Roberto Flores Bello por darme nimos desde que ramos nios hasta ahora.

    A la Universidad Nacional Autnoma de Mxico, en especial a la mejor facultad de todas la de Ingeniera por ser m casa durante tanto tiempo y haberme enriquecido tanto como culturalmente, cientficamente y socialmente, no tengo con que pagarlo, Gracias a todos.

  • iii

    NDICE

    Agradecimientos. ii ndice. iii Lista de figuras. iV Lista de tablas. V INTRODUCCION. 6

    1. ANTECEDENTES DEL POZO. 7 1.1 Historia del Campo Tamaulipas Constituciones. 7 1.2 Localizacin del Campo. 8 1.3 Cuenca Tampico- Misantla. 10 1.4 Geologa Estructural. 11 1.5 Estratigrafa Local. 12 1.5.1 Trampa. 13 1.5.2 Roca Generadora. 13 1.5.3 Sello. 13 1.5.4 Yacimiento. 13 1.6 Sistemas Artificiales del Campo Tamaulipas-Constituciones. 14 1.6.1 Bombeo Neumtico. 14 1.6.2 Bombeo Mecnico. 16 1.6.3 Bombeo Hidrulico. 17 2. ANTECEDENTES PARA EL DISEO. 19 2.1 Objetivo. 19 2.2 Ubicacin del Pozo Constituciones 239. 19 2.3 Resumen de Perforacin y Terminacin. 20 2.4 Histrico de Produccin. 21 2.4.1 Produccin Bruta. 21 2.4.2 Porcentaje de Agua. 22 2.4.3 Produccin Neta. 23 2.5 Estado Mecnico. 24 2.6 Justificacin del Diseo. 25 2.6.1 Gas libre. 25 2.6.2 Aceites viscosos. 26 2.6.3 Arena. 27 2.6.4 Incrustaciones. 27 2.6.5 Severa Corrosin. 28 3 DISEO PROPUESTO. 29 3.1 Antecedentes. 29 3.2 Combinacin para el Separador de Gas. 30 3.2.1 Diseo. 30 3.2.2 Unidad de Bombeo. 36 3.2.3 Estado Mecnico Propuesto. 37 3.3 Mtodo analtico para la seleccin del tamao de la bomba. 38 3.4 Diseo de la sarta de varillas. 39 3.4.1 Factores que contribuyen a formar la carga total de la varilla pulida. 40 3.5 Diseo de la sarta de la unidad de Bombeo Mecnico. 45

  • iv

    3.5 Mtodo API-RP-11L. 45 3.6 Produccin esperada. 58 3.6.1 Eficiencia de la Bomba. 59 3.3.2 Gasto Real. 59 CONCLUSIONES. 61 RECOMENDACIONES. 62 BIBLIOGRAFIA. 63

    LISTA DE FIGURAS

    FIGURA 1 LEVANTAMIENTO SISMICO 7 FIGURA 2 HISTRICO DE PRODUCCIN TAMAULIPAS CONSTITUCIONES 9 FIGURA 3 UBICACIN GEOGRAFICA 9 FIGURA 4 DISTRIBUCIN DE LOS RECURSOS PROSPECTIVOS DE MXICO 11 FIGURA 5 COLUMNA GEOLGICA 12 FIGURA 6 RED DE BN CAMPO TAMAULIPAS- CONSTITUCIONES 15 FIGURA 7 CABEZAL DE INYECCIN DE GAS PARA POZOS DE BN 15 FIGURA 8 UNIDAD TIEBEN DE BM (RENTA) 16 FIGURA 9 UNIDAD CONVENCIONAL DE BM (RENTA) 17 FIGURA 10 BOMBEO HIDRAULICO 17 FIGURA 11 PRODUCCION POR SISTEMA 18 FIGURA 12 PORCENTAJE DE PRODUCCION POR SISTEMA 18 FIGURA 13 PLANO DE UBICACIN GEOGRAFICA 19 FIGURA 14 HISTORICO DE PRODUCCION DEL POZO CONSTITUCIONES 239

    (2012), PRODUCCION BRUTA [BPD] 21 FIGURA 15 HISTORICO DE PRODUCCION DEL POZO CONSTITUCIONES 239

    (2012), PORCENTAJE DE AGUA [%] 22 FIGURA 16 HISTORICO DE PRODUCCION DEL POZO CONSTITUCIONES 239

    (2012), PRODUCCION NETA [BPD] 23 FIGURA 17 ESTADO MECNICO DESPUS DE RBM DEL POZO CONSTITUCIONES

    239 (2012). 24 FIGURA 18 CARTA DINAMONETRICA DEL POZO CONSTITUCIONES 239 (2012). 29 FIGURA 19 RODSTAR. 30 FIGURA 20 DIAGRAMA DE FLUJO DE RODSTAR. 31 FIGURA 21 VENTANA DE INICIO DE RODSTAR. 32 FIGURA 22 INFORMACION DEL POZO EL POZO. 32 FIGURA 23 SELECCIN DEL NIVEL DINAMICO. 33 FIGURA 24 DISEO MANUAL DE VARILLAS DEL POZO. 34 FIGURA 25 SELECCIN DE LA UNIDAD DE BOMBEO MECANICO DEL POZO. 34 FIGURA 26 INFORME DE SALIDA DEL POZO CONSTITUCIONES 239. 35 FIGURA 27 CARTA DINAMONETRICA DEL POZO. 35 FIGURA 28 UNIDAD PROPUESTA PARA EL POZO CONSTITUCIONES 239. 37 FIGURA 29 ESTADO MECNICO PROPUESTO DE RBM DEL POZO

    CONSTITUCIONES 239 38

    FIGURA 30 AJUSTE DE TORSION MAXIMA PARA VALORES DE

    DIFERENTES

    DE0.3. 48

    FIGURA 31

    FACTOR DE LA CARRERA DEL EMBOLO. 49

    FIGURA 32 CARGA MXIMA EN LA VARILLA PULIDA. 53

  • v

    FIGURA 33 CARGA MINIMA EN LA VARILLA PULIDA. 55 FIGURA 34 TORSION MAXIMA 57

    LISTA DE TABLAS

    TABLA 1 RESUMEN DE EVENTOS DEL CAMPO TAMAULIPASCONSTITUCIONES 10

    TABLA 2 POZOS PRODUCTORES OPERANDO 18 TABLA 3 TABLA DE INTERVENCIONES DEL POZO CONSTITUCIONES 239 20 TABLA 4 INFORMACION DEL POZO CONSTITUCIONES 239 33 TABLA 5 RESULTADOS OBTENIDOS DEL POZO CONSTITUCIONES 239 POR EL

    PROGRAMA RODSTAR. 36 TABLA 6 PESO DE LAS VARILLAS DE SUCCION 36 TABLA 7 DATOS DEL MBOLO DE LA BOMBA DE INSERCION. 51

  • 6

    INTRODUCCIN

    La complejidad de los yacimientos que componen la cuenca Tampico - Misantla provoca un reto tcnico ya que la recuperacin de hidrocarburos es marginal por lo que es de vital importancia la bsqueda de mtodos ms eficientes que permitan lograr un incremento en la recuperacin. En la bsqueda de Sistemas Artificiales de produccin aplicables para la extraccin y la mayor recuperacin de hidrocarburos, se ha identificado que con la aplicacin del Sistema de Bombeo Mecnico se pueden obtener grandes ventajas al lograr una mayor eficiencia para

    la recuperacin en la etapa de declinacin de la produccin del pozo. Esta tecnologa presenta las varillas como medio de transmisin de movimiento reciprocante a la bomba de mbolo subsuperficial En la actualidad, Mxico produce 2.5 millones de barriles diarios de hidrocarburos, la cual obtiene de campos que tienen ms de 30 aos produciendo con la energa propia del yacimiento y con el mantenimiento de presin como proceso de recuperacin secundaria o bien de la implementacin de Sistemas Artificiales de Produccin. Y no es el nico, en el mundo ms del 70 % de la produccin de hidrocarburos proviene de campos maduros hoy en da.

    La reactivacin de estos campos proporciona un volumen importante de hidrocarburos, as como, retos tcnicos, operativos y gerenciales para su eficiente desarrollo; cabe hacer mencin que a pesar de su gran potencial para incrementar el factor de recuperacin desde los aos setentas no se haban considerado invertir en estos campos, Tamaulipas Constituciones no es la excepcin.

    Debido a ello con el fin de mantener la produccin del campo se introducen los Sistemas Artificiales de Produccin, entre ellos el Bombeo Mecnico el ms utilizado no solo en nuestro pas sino en el mundo, es econmico adems que es el ms fcil de implementar y de darle mantenimiento. En este trabajo se presenta un diseo ptimo de Bombeo Mecnico durante el reacondicionamiento del pozo, en las condiciones actuales de explotacin. En l Capitulo 1 se presenta la historia del Campo Tamaulipas-Constituciones como se realiz el descubrimiento, localizacin, el histrico de Produccin a lo largo de la vida productiva del Campo, como estn constituidos los diferentes yacimientos, la cantidad de pozos que operan con Sistemas Artificiales. Posteriormente en el Capitulo 2 se muestran los antecedentes para la elaboracin del diseo, la ubicacin del pozo Constituciones 239, la perforacin, terminacin, las ltimas intervenciones, el histrico de produccin, las causas ms frecuentes que afectan a la bomba de insercin y el estado mecnico actual del pozo. En el Capitulo 3 ya en un caso particular en el pozo Constituciones 239, el cual tiene un problema muy comn, el de interferencia de gas se propondr una alternativa para resolver dicho problema, para esto se emplear el equipo de Terminacin y Reparacin de Pozos (TRP) el cual colocar una combinacin para separador de gas, con ello se pretende disminuir o en el mejor de los casos eliminar la produccin de gas que afecta la produccin comercial de hidrocarburos y se instalar el diseo de bombeo mecnico se hizo con el programa Rodstar, y se compara la produccin esperada con la actual.

  • 7

    1. ANTECEDENTES DEL POZO

    1.1 Historia del Campo Tamaulipas Constituciones.8

    El campo Tamaulipas-Constituciones, pertenece al Activo de produccin Poza Rica Altamira de la Regin Norte, se localiza en el municipio de Altamira Tamaulipas, a 25 km al noreste de la ciudad de Tampico, Tamaulipas.

    Entre 1952 y 1953 se realiz un levantamiento gravimtrico y otro de ssmica bidimensional con el objetivo de estudiar la formacin Tamaulipas inferior del Cretcico (Figura 1). Al interpretarse regionalmente esta informacin, se apreciaron varios altos estructurales, a uno de ellos se le denomino Tamaulipas, teniendo su eje principal con un rumbo aproximado noreste-sureste. Sobr este fue perforado el pozo Altamira-1 (Tamaulipas-1), terminado oficialmente como productor de aceite en el Yacimiento Tamaulipas Inferior A, con una produccin inicial de aceite de 639 bpd, pozo que es considerado descubridor del campo Tamaulipas-Constituciones y con el cual se detono el desarrollo del campo.

    Figura 1 Levantamiento ssmico

    El campo inicio su produccin en 1956. Se le dio una mayor importancia al desarrollo del yacimiento Jursico San Andrs y slo cuando no se tena xito en dicho objetivo, el pozo se abra a produccin en yacimiento Tamaulipas Inferior A. Es as que en el ao de 1962 alcanza los 26,000 barriles por da de aceite (Figura 2). Despus la produccin empieza a declinar de manera considerable, y en el periodo de 1967-1968 la produccin de aceite alcanza slo 7500 barriles por da, con un incremento sustancial en la relacin gas-aceite (RGA).

  • 8

    Para el ao 2010, se reactiva nuevamente la perforacin de pozos intermedios en el campo Tamaulipas - Constituciones, con un total de 63 pozos con una produccin acumulada al 1 de mayo del 2013 de 1, 274,827 Bls. Actualmente se tiene un total de 880 pozos perforados de los cuales 389 son pozos operando, 175 pozos cerrados, 50 pozos programados para taponamiento y 266 taponados. Actualmente la produccin promedio diaria en el campo para mayo del 2013 es de 10,217 barriles de aceite diarios y 12.86 millones de pies cbicos de gas natural. Tabla 1.

    1.2 Localizacin del campo.

    El campo Tamaulipas-Constituciones, pertenece al Activo de produccin Poza Rica Altamira de la Regin Norte, se localiza en el municipio de Altamira Tamaulipas, a 25 km al noreste de la ciudad de Tampico, Tamaulipas (Figura 3). Geolgicamente, se ubica en la provincia Tampico Misantla, en la porcin occidental de la isla Jursica de Tamaulipas-Constituciones, formando parte de lo que se ha denominado Archipilago Jursico Superior. Las trampas se consideran de tipo combinado para cada uno de los yacimientos. Los yacimientos son de aceite negro, con una densidad de 13 a 15 API en todos los casos. El campo cubre un rea de 60 kilmetros.

    El campo Tamaulipas-Constituciones tiene 5 yacimientos con produccin comercial de hidrocarburos, cuya jerarquizacin de acuerdo a su importancia econmica es la siguiente:

    I Jursico San Andrs (JSA)

    II Tamaulipas Inferior A del Cretcico Inferior (KTIA).

    III Areniscas Constituciones del Jursico (JASAR)

    IV Tamaulipas Superior del Cretcico Medio (KTS)

    V Tamaulipas Inferior B del Cretcico inferior (KTIB)

  • 9

    Figura 2 Histrico de produccin Tamaulipas Constituciones

    Figura 3 - Ubicacin Geogrfica

  • 10

    Tabla 1 Resumen de eventos del campo Tamaulipas Constituciones

    Produccin Inyeccin Actividad Fsica

    1956: Inicio de explotacin

    1961: Prueba piloto de inyeccin: 4 aos

    1956: Inicio de actividad de perforacin: 533

    1956: pozos perforados hasta 1962

    1961: Produccin mxima (25.5 Mbpd).

    1968: Implementacin de la recuperacin

    1968: secundaria en Jsa: (198 P 99 I)

    1972: Se extendi el desarrollo en Kti A:

    1972: 60 pozos perforados hasta 1981

    2012: Produccin actual (10.1 Mbpd).

    1975: Inyeccin de agua en otros yacimientos

    1982: Desarrollo adicional en Jsa: 124

    1982: pozos perforados hasta 1992

    2012: Inyeccin actual: ~14.0 Mbpd

    2010: Reactivacin del desarrollo intermedio

    1.3 Cuenca Tampico-Misantla.

    La Cuenca Tampico-Misantla tiene una extensin de 50,000 kilmetros cuadrados incluyendo su parte marina, y es la cuenca productora de aceite ms antigua de Mxico (Figura 4). La actividad exploratoria inicia en esta cuenca en 1904 descubriendo la provincia de bano- Pnuco, que ha producido ms de 1,000 millones de barriles de aceite pesado a partir de rocas calcreas del Cretcico Superior.

    La Faja de Oro est constituida por una porcin terrestre y una marina; bordeando los arrecifes se acumularon sedimentos de talud provenientes de la erosin del propio arrecife, conocidos como formacin Tamabra, donde fueron descubiertos los campos Poza Rica, Jiliapa y Tres Hermanos, entre los ms importantes. En esta cuenca, al Occidente de la Faja de Oro, se desarroll el Paleocanal de Chicontepec, cubriendo un rea de 3,000 kilmetros cuadrados. El paleocanal est constituido por sedimentos siliciclsticos del Paleoceno y Eoceno principalmente.

  • 11

    Figura 4 Distribucin de los recursos prospectivos de Mxico

    1.4 Geologa estructural.

    La evolucin estructural de rea est ligada a la apertura del Golfo de Mxico de edades Trisico Inferior y Jursico Superior. Los elementos al oeste de Tamaulipas Constituciones caen en direccin norte formando pequeas depresiones, tipo medio grano. Sobre stas se depositan sedimentos clsticos continentales en forma de gruesas cuas, configurando una estructura general en forma de rama sobre la que se depositan las rocas sedimentarias de ambiente marino somero del Jursico Superior.

    De estas formaciones, el yacimiento ms importante por su produccin y reserva es la formacin Jursico de San Andrs cuya produccin mxima del campo se alcanz en 1961 con 25.5 Mbd. (Figura 5).

  • 12

    1.5 Estratigrafa local.

    Por las columnas atravesadas de los pozos perforados, se ha identificado que las rocas ms antiguas corresponden a un basamento grantico-granodiortico de edades del prmico al Trisico, cubierto de manera discordante por conglomerados basales de edad pre-Jursico Superior.

    En el Jursico Superior Kimmeridgiano se depositan las formaciones San Andrs y Chipoco de ambientes de plataforma y talud, respectivamente. La formacin San Andrs, en su parte productora, est constituida por grainstone de oolitas depositados en ambientes someros de plataforma, e infrayace a la formacin Pimienta del Jursico Superior Tithoniano.

    Para el Cretcico Inferior, se deposita la formacin Tamaulipas Inferior (ambiente de cuenca), la cual se compone de una secuencia de mudstone a wackestone y en ocasiones, de packstone ste por la formacin Tamaulipas Superior y en seguida se deposita, concordantemente, el Cretcico Superior representado por las formaciones Agua Nueva, San Felipe y Mndez.

    Durante el Terciario se depositan de manera concordante las formaciones arcillosas y arcillo-arenosas denominadas Velasco y Aragn, dentro del Paleoceno y Eoceno, respectivamente. Sobre ellas en forma discordante, se depositaron las formaciones Palma Real Inferior, Parma Real Superior y Mesn del Oligoceno. Toda la columna est cubierta en forma discordante por los sedimentos de relleno del Reciente.

    Figura 5 Columna Geolgica

  • 13

    1.5.1 Trampa

    Para los yacimientos del Jursico Superior, la trampa es de tipo combinada producto de la tectnica extensiva de apertura que dio origen a los depsitos jursicos. Para los yacimientos del Cretcico, la trampa es considerada de tipo estructural. Sin embargo, por estudios recientes de microscopio electrnico se puede observar que el factor principal para el flujo de hidrocarburos es la microporosidad existente en este tipo de rocas, lo que conduce a considerarla una trampa estructural-estratigrfica.

    1.5.2 Roca generadora

    De acuerdo a los estudios geoqumicos realizados, se consideran como rocas generadoras de aceite a los cuerpos arcillosos y calcreo-arcillosos de las formaciones Santiago, Tamn y Pimienta, depositadas durante el Jursico Superior.

    1.5.3 Sello

    El yacimiento Areniscas del Jursico Superior tiene un sello formado por arcillas intraformacionales y calizas compactas de la formacin San Andrs.

    Para el yacimiento Areniscas del Jursico San Andrs actan como roca sello los sedimentos arcillosos de la formacin Pimienta. El Tamaulipas Inferior B tiene como sello las calizas compactas de la misma formacin. El Tamaulipas Inferior A tiene como sello a los sedimentos arcillosos y arcillo-calcreos del Horizonte Otates.

    Para el Yacimiento Tamaulipas Superior acta como sello las formaciones calcreo-arcillosas del Cretcico Superior.

    1.5.4 Yacimiento

    El yacimiento del Jursico Superior Areniscas est constituido por areniscas, con una porosidad promedio del 12 por ciento, de tipo intergranular, con una permeabilidad promedio de 6 milidarcies y un espesor neto de 35 metros, minetras que la saturacin de agua es del 31 por ciento con una salinidad de 120000 partes por milln.

    El yacimiento est sujeto a un empuje por gas disuelto. La presin original es de 220 kg/cm2. La temperatura a la profundidad de yacimiento es de 92 grados centgrados. El aceite producido tiene una densidad de 18 grados API.

    El yacimiento con mayor reserva actual es el Jursico San Andrs. Se encuentra constituido principalmente por una caliza de oolitas y pelletoides, con porosidad primaria promedio del 14 por ciento y una permeabilidad promedio de 4

  • 14

    milidarcies. El espesor neto impregnado promedio es de 40 metros, con una saturacin de agua del 18 por ciento, y una salinidad de 100000 partes por milln.

    Este yacimiento est sujeto a un empuje por gas disuelto y un mecanismo de mantenimiento de presin por inyeccin de agua. La presin original es de 215 kg/cm2. Su temperatura es de 90 grados centgrados. La densidad del aceite producido es de 18 grados API.

    En el Cretcico Inferior se encuentran presentes 2 yacimientos carbonatados, uno en la cima denominado Tamaulipas Inferior A y otro en su base, el Tamaulipas Inferior B. Ambos yacimientos estn constituidos por un wackestone de microfsiles, de color gris oscuro, que gradualmente pasa a packestone de intraclastos de color caf claro y gris claro.

    Para el Tamaulipas Inferior B, el espesor neto impregnado es de 8 metros, con una saturacin de agua de 43 por ciento, y una salinidad de 80000 partes por milln. El yacimiento tiene un empuje por gas disuelto, con una presin original de 184 kg/cm2. Su temperatura es de 73 grados centgrados. El aceite tiene una densidad de 15 grados API.

    El yacimiento Tamaulipas Superior de edad Cretcico Medio, est constituido por una caliza densa de microfsiles naturalmente fracturada, con un espesor neto impregnado de 16 metros, porosidad de 13 por ciento, saturacin de agua de 28 por ciento, y permeabilidad de 3 milidarcies. La temperatura del yacimiento es de 59 grados.

    1.6 Sistemas Artificiales en el Campo Tamaulipas- Constituciones.

    Debido a la cada de presin en el Campo Tamaulipas-Constituciones (TC), fue necesario implementar un sistema artificial de produccin, por las caractersticas del yacimiento.

    1.6.1 Bombeo Neumtico.

    Se consider que la mejor opcin era el Bombeo Neumtico (BN); en la dcada de los 70s se construy la Red de BN que constaba de 43.08 Km. de gasoductos de 10, 8 y 6 de dimetro (Figura 6).

    Ante el crecimiento de la zona urbana, durante los aos 2005 a 2008 se elimin parte de la red de BN que representaba un riesgo potencial para la poblacin; eliminando 21.38 Km; A inicios del ao 2012 el campo TC contaba con 157 pozos operando con Sistema Artificial de BN ubicados en 50 Ramales; los cuales estn ligados al anillo de la red de BN. La red operaba con un volumen de 27 mmpcd de Gas Hmedo Amargo y una presin de 50 kg/cm; actualmente opera con un volumen de gas de 19.026 mmpcd y una presin de 50 kg/ cm. (Figura 7).

  • 15

    Figura 7 Cabezal de Inyeccin de gas para pozos de BN

    Gasoductos fuera de operacin Gasoductos operando

    Figura 6 Red de BN. Campo Tamaulipas - Constituciones

  • 16

    1.6.2 Bombeo Mecnico

    En la dcada de los 80s se introdujo el BM con 5 UBM Convencionales propiedad de Pemex, sin embargo como se contaba con la red de BN y no se tenan problemas de mancha urbana, se continuo con la operacin del BN; aos ms tarde a finales de los 90s se introdujeron las primeras unidades Tieben propiedad de la compaa Oilpach con las cuales se trabaj mediante la modalidad de renta por la operacin de UBM (Figura 8) , instalndose estas en la parte sur (rea Tamaulipas), lugar donde se acrecent la mancha urbana.

    Actualmente el campo opera con un total de 201 pozos de bombeo mecnico de los cuales nicamente 9 unidades son propiedad de PEP y el resto son a travs de contratos de servicio para la instalacin y operacin de UBM; estos contratos tienen diversos alcances, entre los que se destaca el suministro de aparejos de BM, refaccionamiento para las unidades de PEP y monitoreo de pozos a travs de telemetra; con este ltimo punto se acortan los tiempos de produccin diferida, debido a que las fallas en la UBM se atienden casi de manera inmediata, sin la necesidad de tener un operador fijo en el pozo. (Figura 9).

    Figura 8 Unidad Tieben de BM (renta)

  • 17

    Figura 9 Unidad Convencional de BM (renta)

    1.6.3 Bombeo Hidrulico.

    En el ao 2011, se probaron nuevas tecnologas en el mbito de sistemas artificiales, como fue el caso del BM con tubera flexible, el cual no tuvo xito debido a la alta viscosidad que presenta el aceite. Posteriormente a finales de este ao, se prob el Bombeo Hidrulico tipo Jet en la terminacin de los pozos nuevos, este ltimo sistema tuvo mejores resultados, sobre todo en aquellos pozos del rea norte donde no se tienen problemas de alta viscosidad en el crudo. (Figura 10).

    Figura 10 Bombeo Hidrulico

  • 18

    En resumen el campo cuenta con un total de 880 pozos perforados, de los cuales a produccin se tienen pozos fluyentes y con tres tipos de sistemas artificiales (bombeo mecnico, bombeo neumtico e hidrulico) a continuacin se describen en Tabla 2, Figura 11 y 12 del estado general de los pozos en el campo.

    Tabla 2 Pozos productores operando

    Sistema Pozos Qo

    (bpd)

    BM 201 5,208

    BN 113 2,721

    FL 53 1,429

    BH 22 859

    Totales 389 10,217

    Figura 11 Produccin por sistema

    Figura 12 Porcentaje de produccin aportado por sistema

    5,208

    2,721

    1,429

    859

    0

    1,000

    2,000

    3,000

    4,000

    5,000

    6,000

    BM BN FL BH

    Pro

    du

    cci

    n (b

    pd

    ).

    Sistema

    Total produccin= 10,217

  • 19

    2. ANTECEDENTES PARA EL DISEO

    2.1 Objetivo

    El objetivo es proporcionar un diseo ptimo de bombeo mecnico para el reacondicionamiento de un pozo con equipo TRP (Terminacin y Reparacin de Pozos), bajo las condiciones actuales de explotacin para ello se necesitan conocer los parmetros o criterios de seleccin tanto de las bombas como de las varillas as como de la unidad de Bombeo. En este caso el pozo en cuestin es el Constituciones 239.

    2.2 Ubicacin del pozo Constituciones 239 7

    El pozo Constituciones 239, est en el estado de Tamaulipas, en el municipio de Altamira. Se encuentra entre los pozos Constituciones 236, Constituciones 236D, Constituciones 241, Constituciones 241T, Constituciones 232, Constituciones 232D, Constituciones 237, Constituciones 237D y Constituciones 290, pertenece al Campo Tamaulipas-Constituciones (Figura 13). Tiene una profundidad total de 1821 [m], y una profundidad interior de 1699 [m], la produccin del pozo se aloja en la Batera 7 Constituciones; as mismo posee una produccin promedio de 30 [BPD] de aceite, con una densidad de 15 grados API.

    Figura 13 Plano de ubicacin Geogrfica

  • 20

    2.3 Resumen de Perforacin y Terminacin.

    A continuacin se mencionara en la Tabla 3 de forma cronolgica los acontecimientos ms importantes del pozo desde su perforacin, terminacin y sus ltimas intervenciones. Es importante sealar que es un pozo de ms de 60 aos en produccin, por ello solo se consideran los aspectos ms destacados.

    Tabla 3 Tabla de intervenciones del pozo Constituciones 239.

    CONSTITUCIONES 239

    Evento Fecha Observaciones

    Perforacin Enero 1961 Fue perforado con una profundidad de 1821.5 m, con una TR 6 5/8.

    Terminacin Enero 1961

    Se termino con el intervalo productor 1794- 1804 m, posterior se estimulo

    con 4 m3, con una produccin inicial de 377 [BPD].

    CBM Abril 2003

    Donde bajo Aparejo de Bombeo

    Mecnico a 1269 [m], donde anclo bomba de insercin de 25-200-RHBM-18-5-4, con 85 varillas de , 75 varillas de 7/8, con una produccin inicial bruta de 120 [BPD].

    RBM Diciembre 2011

    Recupero ABM a superficie, posterior bajo ABM de la siguiente manera: Ancla Mecnica a 1680 m, Bomba de

    insercin 25-200-RHBM-24-5, 85 varillas , 75 varillas 7/8, 72 varillas 1. Con una produccin inicial bruta de 100 [BPD].

    RBM Junio 2012

    Con el fin de restablecer la produccin

    del pozo se intervino debido a que presento el problema de varillas desprendidas, posterior recupero ABM

    a superficie y bajo ABM de la siguiente manera: bajo y anclo Empacador para TR 6 5/8" a 1287 m,

    Bomba de insercin de 25-200-RWBM/AC-24-5 a 1277.60m., 57 varillas de ", 56 varillas de 7/8", 53

    varillas de 1". Con una produccin inicial de 101 [BPD].

  • 21

    2.4 Histrico de produccin.7

    El pozo constituciones 239 ha tenido una produccin constante a lo largo de su vida productiva, es decir no ha detenido su produccin de hidrocarburos con excepcin de fallas subsuperficiales tales como, rotura de tubera de produccin, rotura de varillas de bombeo mecnico, bomba desanclada, bomba rota. etc.

    2.4.1 Produccin Bruta.

    La produccin bruta del pozo constituciones 239 considera aceite y agua; este fenmeno se debe a que en el Campo Constituciones-Tamaulipas se realiz recuperacin Secundaria con inyeccin de agua, por ello no es raro encontrar altos cortes de agua con valores que van desde los 77 [BPD], hasta los 283 [BPD]. Despus de su intervencin en Junio de 2012, se nota un incremento en la produccin bruta; pero este fenmeno se presenta debido a la recuperacin del nivel dinmico del pozo, por lo consiguiente cuando se desaloja el fluido tanto de control como el hidrocarburo del pozo, se nota la tendencia a la estabilizacin y la declinacin del mismo. (Figura 14).

    Figura 14 Histrico de Produccin del pozo Constituciones 239 (2012), Produccin Bruta [BPD].

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    02

    /01

    /20

    12

    21

    /02

    /20

    12

    11

    /04

    /20

    12

    31

    /05

    /20

    12

    20

    /07

    /20

    12

    08

    /09

    /20

    12

    28

    /10

    /20

    12

    17

    /12

    /20

    12

    05

    /02

    /20

    13

    Produccin Bruta [BPD]

  • 22

    2.4.2 Porcentaje de Agua. El porcentaje de agua del pozo es en promedio de 57 [%], alcanzando valores de hasta el 100 [%], esto debido a que la unidad de bombeo mecnico operaba con 5 emboladas por minuto. Como una medida de optimizacin se propuso que se bajaran las emboladas por minuto y se aumentara la carrera de 100 a 120 con el fin de evitar la produccin de agua, la cual disminuy considerablemente hasta un 40 [%], despus de la intervencin del pozo no se tomo muestra debido a que esta seria del fluido de control [100 %], posteriormente se observa en la Figura 15, que se mantiene el corte de agua debido a que se mantienen las condiciones de operacin de la unidad de bombeo mecnico, es decir 3 emboladas por minuto y una carrera de 120.

    Figura 15 Histrico de Produccin del pozo Constituciones 239 (2012), Porcentaje de Agua [%].

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    02

    /01

    /20

    12

    21

    /02

    /20

    12

    11

    /04

    /20

    12

    31

    /05

    /20

    12

    20

    /07

    /20

    12

    08

    /09

    /20

    12

    28

    /10

    /20

    12

    17

    /12

    /20

    12

    05

    /02

    /20

    13

    Porcentaje de Agua [%]

  • 23

    2.4.3 Produccin Neta. La produccin neta se define como la produccin libre de agua y de gas es decir el hidrocarburo que realmente produce el pozo, en el caso de pozo Constituciones 239, la produccin promedio es de 30 [BPD], siendo la mxima 116 [BPD] la cual se alcanz despus de la intervencin de Junio de 2012, como se observa en la Figura 16, la produccin se mantiene, pero en los ltimos meses comienza la declinacin natural del pozo.

    Figura 16 Histrico de Produccin del pozo Constituciones 239 (2012), Produccin Neta [BPD].

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    140

    02

    /01

    /20

    12

    21

    /02

    /20

    12

    11

    /04

    /20

    12

    31

    /05

    /20

    12

    20

    /07

    /20

    12

    08

    /09

    /20

    12

    28

    /10

    /20

    12

    17

    /12

    /20

    12

    05

    /02

    /20

    13

    Produccin Neta [BPD]

  • 24

    2.5. Estado Mecnico.7

    El pozo contiene un sencillo fluyente, debido a que el pozo presenta produccin de gas, en la intervencin de Junio de 2012, se instalo en el pozo un separador de gas genrico como se muestra en la Figura 17, as como un arreglo 86 de varillas de bombeo mecnico, de grado D, una bomba de insercin 25-200-RWBM/AC-24-5.

    Figura 17 Estado Mecnico despus de RBM del pozo Constituciones 239 (2012).

  • 25

    2.6 Justificacin de Diseo.

    Para esta propuesta de diseo, se revisaron los problemas habituales que presentan en el campo, relacionados con los fluidos que producen y la durabilidad de las bombas, as como tambin, los inconvenientes operativos que se pueden mitigar con una buena seleccin.

    Las bombas de insercin encuentran dificultades en su funcionamiento ante la presencia de:

    Gas libre Aceites viscosos Arena Incrustaciones Severa corrosin

    2.6.1 Gas libre.13

    Generalmente cuando la produccin es baja, alta relacin gas- aceite (RGA) y la escasa presin de fondo, producen bloqueos de bomba y esto significa que se ha alojado gas entre el pistn y la vlvula fija lo cual no permite el desplazamiento de liquido, porque al ser el gas compresible y no alcanzar su presin mxima para abrir la vlvula viajera, opera como si fuera un resorte, se comprime y se descomprime hasta que vari la presin existente entre las dos vlvulas de las bomba.

    Para que ello ocurra, se deber aumentar la presin por debajo de la vlvula fija para que esta se abra, o hacer lo propio por debajo de la vlvula viajera con la intencin de que la vlvula viajera comience a trabajar.

    Para encontrar una solucin, se disminuye la distancia entre el pistn y la parte inferior de la bomba hacindola golpear. Es importante tener cuidado con esta maniobra pues se le puede daar seriamente a la bomba, y el objeto es solamente conseguir el menor espacio posible en el punto muerto inferior del ciclo de bombeo para obtener la mxima presin. No se puede hacer en las bombas de tubera solo en las bombas de insercin.

    El efecto mecnico del golpe es absolutamente inoperante. Tal limitacin est dada porque la cupla de la varilla de recorrido hace tope contra la gua y consecuentemente el pistn no viajara ms abajo. El arreglo al espacio nocivo debe de programarse en el taller de bombas durante el montaje de la misma.

    Si el pozo contina sin producir por el bloqueo, el nivel subir, por consecuencia aumentara la presin debajo de la vlvula fija y esta se abrir, permitiendo la entrada de lquido, eliminando de tal forma el bloqueo. Otra prctica es agregar agua o petrleo entre las columnas para acelerar el desbloqueo.

  • 26

    Otra alternativa es modificar el rgimen de bombeo, aumentando la carrera de la unidad de bombeo para mejorar la relacin de compresin en la bomba y disminuyendo las emboladas por minuto (EPM) para aumentar el tiempo de llenado.

    La otra alternativa, es disminuir la presin por encima de la vlvula viajera y para lograrlo, se puede instalar un dispositivo anti-bloqueo resolviendo el problema mecnicamente.

    La ubicacin de de la bomba por debajo de la zona que aporta gas o la utilizacin de los separadores especiales de gas de fondo tambin es una alternativa vlida en algunos casos. El criterio de seleccin debe aplicarse en todas las posibilidades para mejorar, antes de ejecutar la intervencin al pozo.

    2.6.2 Aceites viscosos.13

    En algunos campos es un problema frecuente y se presenta porque la viscosidad a nivel de fondo del pozo puede ser alta, por las propias condiciones fsicas del petrleo o bien por la formacin de emulsiones. Estas emulsiones (mezcla de dos lquidos no miscibles, uno de ellos disperso dentro del otro en forma de muy pequeas gotas) se pueden formar en la profundidad de la bomba o en filtros de la misma al producirse la mezcla intima del petrleo con el agua.

    Las consecuencias podrn ser, alta presin en el sistema, falta de llenado de la bomba o problemas en el deslizamiento del pistn hacia abajo y excesos de carga en su ascenso, entre otras.

    Otras situaciones asociadas se provocan por la presencia de parafinas, que al bajar la temperatura por debajo del punto de fusin tienden a solificarse y separarse del liquido, seguido de un efecto de cohesin (agrupamiento de cristales) y adhesin (fijacin de las paredes). Se pueden depositar en la tubera y provocan altas presiones de bombeo y elevadas prdidas de carga.

    Otra causa que puede provocar la precipitacin de parafinas es la cada de presin, debido a que las porciones voltiles livianas del crudo se evaporan, la temperatura se reduce debido a la expansin y disminuye la solubilidad de las parafinas en el petrleo.

    Estas situaciones, que se pueden dar a la profundidad de la bomba, esto provocara una gran resistencia al movimiento del pistn pero todo el sistema se ver afectado por elevadas sobrecargas.

    Se presentaran sntomas tales como elevadas presiones en boca de pozo, necesitan de calefaccin en los puntos entremedios en la lnea de conduccin.

  • 27

    2.6.3 Arena.13

    Al aporte de la arena de extraccin de petrleo origina inconvenientes diversos a lo largo de la explotacin de los pozos debindose estudiar las variables o condiciones que se presentan.

    Las arenas que producen los pozos pueden ser decantables, que se pueden acumular en el fondo del pozo hasta obstruir el aporte de alguna capa o hasta incluso aprisionar la TR cuando la zapata esta debajo de las perforaciones. O pueden ser no-decantables, es decir que viajan con el fluido producido, por lo que deben pasar por la bomba originando el deterioro de la misma o el aprisionamiento del pistn.

    Adems del desgaste prematuro, este problema produce tambin atascamientos entre la bomba y la tubera que la aloja, impidiendo el desclave de la misma o bien el atascamiento del pistn contra el barril o la camisa.

    Tambin y generalmente atribuido a problemas de gas se presenta en la canalizacin de los asientos de las vlvulas. En algunas ocasiones los granos de arena no son homogneos, por lo que ser conveniente la instalacin de pistones de anillos blandos y flexibles de tal manera que se impida el atascamiento aunque el desgaste ser mucho mayor por la abrasividad de la arena.

    El otro atascamiento que impide la extraccin de la bomba de la tubera, se soluciona instalando una bomba con asiento superior. De esta forma el fluido sale inmediatamente despus del asiento y no permite la deposicin de arena, pero esta tcnica tiene limitacin, la profundidad.

    Otro inconveniente que puede ser corregido en gran medida es en el asiento de las vlvulas donde al apoyarse la bola sobre un grano de arena, el fluido pasa a gran velocidad por esa prdida produciendo el rpido desgaste del asiento.

    Si bien no es de uso comn puede estudiarse la instalacin de filtros o bien levantar la posicin relativa de la tubera de produccin para permitir que la arena se decante en el fondo del pozo, teniendo cuidado en aquellos de bajo potencial no perder produccin que econmicamente no convenga.

    2.6.4 Incrustaciones.13

    Generalmente de trata de deposiciones de carbonato de calcio en lugares perfectamente identificados, donde se producen cadas de presin. Minimizando esta situacin es posible prolongar la vida de la bomba y se hace estudiando el punto crtico y buscando soluciones tales como instalar vlvulas de mayor dimetro o ms de una vlvula para que la depresin se produzca escalonada. El tratamiento con inhibidores qumicos de incrustaciones, tambin puede resultar econmico.

  • 28

    2.6.5 Severa corrosin.13

    La corrosin es el deterioro que sufren los metales al ser atacados por diversos agentes qumicos. Para que exista corrosin es necesario que se establezca una corriente elctrica entre dos zonas de una superficie metlica en contacto con un electrolito como el petrleo o el agua. Se identifican dos electrodos entre los que circulara una corriente, un nodo y ctodo. La desintegracin generalmente se produce en la zona que desempea el papel de nodo.

    Existen diseos especiales de bombas construidas con materiales resistentes a la corrosin por ataque qumico, como por ejemplo barriles de latn o barriles tratados internamente, como los cromados, en los que en su interior se deposita una fina capa de cromo duro.

    Tambin es posible usar vlvulas de carburo de tungsteno, jaulas con guas postizas, pistones metalizados y muchos otros accesorios que estn en el mercado. Por lo tanto identificando el problema, requerir un anlisis especial de ingeniera para utilizar la recomendacin ms adecuada, ya que problemas de este tipo que, en su mayora son graves, dejan de ser un problema hidrulico o mecnico para pasar aun qumico.

    El sulfuro de hidrogeno y el dixido de carbono, (acido y dulce), son los principales responsables de los ataques a loa metales pero algunos componentes de las bombas se fabrican en Stelite que es una aleacin de cromo cobalto y tungsteno, inalterable. No hay dudas que tambin en casos extremos se encontraran soluciones disponibles pero debe considerase el aspecto econmico en cada caso particular.

  • 29

    3. DISEO PROPUESTO.

    3.1 Antecedentes.4

    Para la intervencin se utilizar el equipo de Terminacin y Reparacin de Pozos (TRP), con el cual se cambiar la tubera de produccin. Debido a que en el pozo Constituciones 239 tiene como problema ms comn la interferencia de gas o el candado de gas, el cual es responsable en un 80 % de la eficiencia de la bomba, se presentan problemas relacionados a la eficiencia de la bomba. La interferencia de gas presente en las bombas, reducen la eficiencia debido a la gran cantidad de liberacin de gas que no logra empacarse completamente en la TP, ocasionado periodos de interrupcin de la produccin en el pozo.

    En esencia demora la apertura de la vlvula viajera, ya que una buena parte de la carrera descendente se emplea en comprimir el gas alojado en el barril de la bomba. Lo que genera una reduccin en la produccin o en el peor de los casos que no exista produccin. Por lo que se ha considerado que la opcin ms efectiva es la implementacin de una combinacin de tuberas, niples, etc.

    Esta combinacin por efecto de choque liberar el gas disuelto en el aceite y as se evitar el problema de interferencia de gas, por consiguiente se evita el engasamiento o bloqueo total de la misma. En base al anlisis de las Cartas dinamomtricas se llevo a cabo un diagnstico, el cual presentaba interferencia de gas como se muestra en la Figura 18.

    Figura 18 Carta Dinamomtrica del pozo Constituciones 239 (2012).

    0 156.3-1.25

    0

    1.25

    2.50

    3.75

    5.00

    6.25

    7.50 Fo Max

    Kt

    Fo From Fluid Level Fo From Valve

  • 30

    3.2 Combinacin para el Separador de Gas.

    De acuerdo con el diagnostico anteriormente descrito, se decidi instalar los siguientes accesorios para evitar el efecto de interferencia de gas, el cual se ha empleado en el campo con anterioridad y ha demostrado ser la solucin ms efectiva y la de menor costo, para ello se utilizar el equipo de TRP (Terminacin y Reparacin de Pozos) debido a que se tendr que sustituir tubera de produccin para implementar la combinacin para el separador de gas de la forma siguiente:

    Empacador 1 Niple de asiento (Con vlvula de pie) Zapata conectora 1 Tramo de TP 2 7/8 Niple perforado con Tapn ciego Combinacin 2 7/8 a 3 2 Tramos de TP 3 Combinacin 3 a 2 7/8 Niple Perforado 2 7/8 Zapata Candado 2 7/8con extensin 1 x 12 [m] Tubo Barril Niple sellos

    3.2.1 Diseo.12

    Con ayuda del programa comercial Rodstar utilizado en el Campo Tamaulipas-Constituciones para el diseo del equipo subsuperficial que se desea instalar en el pozo Constituciones 239. Rodstar es un programa potente y fcil de utilizar para simular y disear el sistema de bombeo mecnico del pozo Constituciones 239 (Figura 19). Con Rodstar se realiz la simulacin con la unidad, las varillas y la bomba existente, pero el diseo se realiz con bomba y varillas nuevas, la unidad es la misma (Figura 20). Se trata de una herramienta que se puede utilizar para comparar las unidades de bombeo, velocidad de bombeo, tamaos de mbolo, varillas, tipos de motor, etc.

    Figura 19 Rodstar

  • 31

    Figura 20 Diagrama de flujo de Rodstar

    Automtico

    Manual

    Convencional

    Hidroneumtica

    Introduce Informacin

    de produccin

    Diseo de las

    varillas

    Introduce tipo y nmero de varillas, medidas, grado de

    desgaste

    Seleccin de Unidad

    de Bombeo

    Crear archivo

    Introduce datos del pozo

    Inicio

    Informe

    Fin

    Ejecutar programa con los obtenidos

  • 32

    Para disear el sistema de bombeo mecnico se cre un archivo como se muestra en la Figura 21. La ventana muestra los iconos de la barra de herramientas ms comunes que necesita para comenzar a utilizar Rodstar. A continuacin se abrir la ventana de inicio (Figura 22) y se introducir la informacin necesaria del pozo como nombre del pozo, usuario del programa, condiciones de la bomba (bomba llena, interferencia de gas, golpe de fluido), la eficiencia de la bomba, etc.

    Figura 21 Ventana de inicio de Rodstar

    Otro aspecto importante que se pide en esta ventana es la profundidad en la que se asentar la bomba, presin en tubera de revestimiento y de produccin que tiene el pozo as como el corte de agua y algo que es de suma importancia la densidad del fluido. En la tabla 4 se muestran las condiciones empleadas que se introdujeron en el programa Rodstar para el diseo propuesto para el pozo Constituciones 239, las cuales se obtuvieron del estado mecnico actual del pozo y de las muestras tomadas antes de la intervencin.

    Figura 22 Informacin del pozo

  • 33

    Tabla 4 Informacin del pozo Constituciones 239.

    Informacin del Pozo

    Nombre de la compaa Pemex

    Nombre del Pozo Constituciones 239

    Nombre de usuario Edgar Arias Trujano

    Condiciones de la Bomba Bomba llena

    Eficiencia de la Bomba 50%

    Dimetro de la bomba 2

    Profundidad de la Bomba 1256[m]

    Presin en la Tubera de Revestimiento

    150[psi]

    Presin en la Tubera de Produccin 140[psi]

    Corte de Agua 57%

    Densidad Especifica del agua 1

    Densidad del Aceite (API) 15

    El nivel dinmico de pozo el cual es tomado antes de cada intervencin con el ecmetro nos arroja el dato de 1000 [m] es decir que el pozo tiene una sumergencia de 260 [m]. En la Figura 23 se muestra la ventana en la cual se introduce este dato de suma importancia en el diseo, pues sin nivel dinmico, no tiene sentido implementar el sistema artificial en el pozo.

    Figura 23 Seleccin del Nivel dinmico del Pozo.

  • 34

    La ventana siguiente (Figura 24) es para el diseo de las varillas, las medidas (3/4, 7/8, 1) el grado de acero etc. Rodstar es capaz de hacerlo automticamente o deja que el usuario lo haga manualmente en este caso se hizo manual de la siguiente manera:

    Varillas nuevas (factor de servicio igual a 1). 95 varillas de 3/4 con una longitud de 719 [m] y 70 de varillas 7/8 con una

    longitud de 530[m]. Clasificacin API de Grado D (Carbn y Nquel).

    Figura 24 Diseo manual de varillas del Pozo.

    Por ltimo se seleccion la unidad de Bombeo, Rodstar tiene un catalogo muy amplio de las unidades ms utilizadas (convencionales, hidroneumticas, etc.) en el mercado no slo en Mxico si no las que se usan en el resto del mundo, las cuales tienen condiciones especificas en las que operan ya sea por el peso de la sarta de varillas de bombeo mecnico, torque etc. (Figura 25).

    Figura 25 Seleccin de la unidad de Bombeo mecnico del Pozo.

  • 35

    Despus de introducir todos los datos se ejecuta el programa. Rodstar muestra el informe de salida del pozo Constituciones 239 (Figura 26), el cual contiene datos de produccin, cargas y esfuerzos de las varillas, as como tambin informacin de la unidad de bombeo mecnico, etc. En la parte inferior le permiten ver la carta dinamomtrica, el comportamiento de la misma en las diferentes condiciones de operacin de la unidad (Figura 27). En la tabla 5 se muestra los resultados obtenidos del pozo Constituciones 239 por el programa y que sern utilizados para la intervencin.

    Figura 26 Informe de Salida del pozo Constituciones 239.

    Figura 27 Carta dinamomtrica del pozo.

  • 36

    Tabla 5 Resultados obtenidos del pozo Constituciones 239 por el programa Rodstar.

    Torque (pg.-lb) N/A Carrera (pg.) 120

    Carga mxima (lb) 13593 Velocidad

    (EPM)

    4.5

    Carga mnima (lb) 5490 Contrabalanceo (lb) N/A

    Esfuerzo Mximo Varillas 7/8,

    3/4 (%) grado D

    82 ,71 UNIDAD H-400-120

    Nmero de Varillas 7/8, 70, 95

    3.2.2 Unidad de Bombeo.6

    Debido que es un pozo relativamente somero y se utiliz un arreglo 76 (3/4 y 7/8) con el programa Rodstar se simul con una unidad H-400-120 (Tieben). Figura 28. La razn por la cual se eligi esta unidad es que el peso de la sarta de varillas es de 7651 [lb] (ver Tabla 5), el cual no tiene un gran efecto de torsin y contrabalanceo, no es necesaria una unidad convencional an con la bomba llena.

    Tabla 6 Peso de la sarta de varillas de succin.

    Varillas

    Dimetro Peso [lb/ft] Longitud [ft] Nmero Peso [lb]

    7/8 2.16 25 70 3780

    1.63 25 95 3781

    Total 165 7651

  • 37

    Figura 28 Unidad propuesta para el pozo Constituciones 239.

    3.2.3 Estado Mecnico Propuesto.

    El estado mecnico propuesto contempla la zapata conectora, niple de asiento donde se aloja la vlvula de pie (con esta vlvula se evita que el hidrocarburo se mantenga por arriba del niple de asiento y no regrese a la formacin), combinacin para el separador de gas (un tramo de tubera de produccin de 2 7/8, un niple perforado con tapn ciego, una combinacin de 2 7/8 a 3 , 2 tramos de tubera de produccin de 3 , una combinacin de 3 a 2 7/8, un niple perforado de 2 7/8,la zapata candado 2 7/8 con una extensin de 1 X 12[m]), el tubo barril y el niple sellos, as como el diseo elaborado con Rodstar, el cual contiene una bomba de insercin de 2 de dimetro, de pared delgada, anclaje inferior mecnico y a copas de 24 de longitud de barril con 5 de longitud del mbolo (25-200-RWBM/AC-24-5) asentada a una profundidad 1256[m] en la zapata candado, la sarta de varillas de succin correspondientes de clasificacin API de grado D(95 varillas de y 70 varillas de 7/8) las cuales son resistentes al azufre, sulfhdrico Ver Figura 29.

  • 38

    Figura 29 Estado Mecnico Propuesto de RBM del pozo Constituciones 239.

    3.3 Mtodo analtico para la seleccin del tamao de la bomba6

    Para una profundidad de colocacin de la bomba y un volumen de produccin dado, existe un tamao apropiado de sta que es el resultado de mantener una carrera efectiva del mbolo y una velocidad de operacin moderada.

    El factor ms importante a considerar en la seleccin de una bomba es el volumen de fluido que es capaz de desplazar por cada pulgada de carrera del mbolo, el cual depende del dimetro de la bomba.

    El desplazamiento terico de la bomba en el fondo ( ) es determinado por:

  • 39

    Donde:

    = rea de la seccin transversal del mbolo [pg2]

    = Carrera efectiva del mbolo [pg.]

    = Velocidad de bombeo, embolada /min. [EPM]

    Otra forma de calcular el desplazamiento terico de la bomba es mediante una

    constante de bombeo ( ), la cual es obtenida de acuerdo al tamao del mbolo y es determinada por la siguiente ecuacin:

    El valor de , se puede obtener directamente de la Tabla 7 con el dimetro del mbolo.

    3.4 Diseo de la sarta de varillas6.

    Como las varillas no slo sostienen su propio peso sino tambin el peso del fluido, la carga en la sarta de varillas se incrementa progresivamente desde el fondo del pozo hacia la superficie, por lo que a mayores profundidades de bombeo (ms de 3500 pies), es ms usual instalar una sarta de varillas telescopiadas.

    Estas sartas consisten en varillas de dos o ms dimetros y diferente longitud, con los tamaos ms grandes hacia la superficie donde las cargas sobre la sarta son mayores, el uso de sartas telescopiadas da como resultado una disminucin de cargas y costos. As como para prever una distribucin ms uniforme de los esfuerzos en las varillas.

    Existen dos mtodos para disear una sarta de varillas telescopiadas, estos son:

    Esfuerzo mximo.- Consiste en asignar a cada seccin de la sarta un

    esfuerzo mximo, si se pasa de este valor mximo, se selecciona una varilla de mayor dimetro.

    Esfuerzos iguales.- Es el mtodo ms usado, y consiste en disear la

    sarta de varillas de tal manera que los esfuerzos sean iguales en la parte

  • 40

    superior de cada seccin. La Tabla 6, presenta los valores y porcentajes de las varillas que pueden utilizarse segn el tamao de la bomba, estos porcentajes pueden calcularse tambin con las ecuaciones que resultan de aplicar este mtodo

    Una vez definido el porcentaje de cada seccin de varilla, se calcula la longitud de cada una de ellas considerando que:

    Tambin considrese que:

    Donde:

    = Porcentaje fraccional de cada seccin de varilla (%).

    =Longitud total de la sarta de varillas [ft].

    L1, 2,3...n = Longitud de cada seccin de varillas [ft].

    Sumatoria de todas las secciones de varillas [ft].

    La carga mxima y mnima que se espera durante el ciclo de bombeo en la sarta de varillas deben ser determinadas correctamente para poder seleccionar el equipo superficial adecuado que pueda manejar estas cargas.

    La cuantificacin de las cargas en la varilla pulida sern ms o menos reales, dependiendo de los datos con los que se disponga. Para el clculo de estas cargas, se han propuesto diferentes expresiones.

    3.4.1 Factores que contribuyen a formar la carga total de la varilla pulida.

    Dentro del ciclo de bombeo se presentan cinco factores que contribuyen a formar la carga total de la varilla pulida, estos factores son:

    1) El peso muerto de la sarta de las varillas y est dado por:

  • 41

    Donde:

    = Peso unitario de cada seccin de varillas [lb/ft]. = La longitud de cada seccin de la sarta de varillas [ft].

    2) La carga por aceleracin de la sarta de varillas

    Las cargas mximas y mnimas por aceleracin estn dadas por:

    Carga mxima por aceleracin =

    Carga mnima por aceleracin = -

    Donde:

    = Factor de aceleracin.

    El factor de aceleracin es calculado mediante la ecuacin de Mills:

    Donde:

    = Factor de aceleracin [Adimensional].

    S = Carrera de la varilla pulida [pg.].

    N = Velocidad de bombeo [EPM].

    3) Fuerza de flotacin de las varillas

    Considerando que la densidad de las varillas es de

    , el volumen de la

    sarta de varillas y consecuentemente el volumen del fluido desplazado por la sarta es:

    =

    La densidad del fluido desplazado en funcin de la densidad relativa es:

    Donde:

    = Densidad relativa del fluido.

  • 42

    La fuerza de flotacin de las varillas , es decir, el peso del fluido desplazado

    es entonces:

    =

    *

    =

    El signo negativo de la ecuacin anterior indica que la fuerza de flotacin es siempre ascendente.

    4) La carga del fluido para determinar las cargas en la varilla, ser el peso del fluido que es soportado por el rea neta del mbolo. De acuerdo a esto, el

    volumen de la columna de fluido , teniendo como base el rea del mbolo y la longitud total de la sarta de varillas ser:

    El volumen del fluido va a ser la diferencia entre el volumen de la columna de

    fluido sobre el mbolo, menos el volumen desplazado por la sarta , es decir:

    Entonces la carga del fluido ser:

    La carga del fluido sobre la varilla pulida es nicamente durante la carrera ascendente.

  • 43

    5) La carga por friccin en instalaciones que ya estn en operacin se

    puede estimar en carta dinamomtrica, dado que no se tiene un dato exacto sobre ella, por lo que generalmente se elimina.

    Para elevar una carga dada, la varilla pulida ejerce una fuerza ascendente mayor que el peso muerto de las varillas y el fluido juntos, esta fuerza es conocida como carga mxima de la varilla pulida y est compuesta de dos partes (1) el peso muerto de las varillas y del fluido, (2) un componente adicional de fuerza. Esta fuerza adicional es el llamado factor de aceleracin (), el cual es expresado como una friccin o porcentaje del peso muerto de las varillas y del fluido.

    La carga mxima se tiene cuando se inicia la carrera ascendente, que es cuando la carga de las varillas ms el fluido se comienzan a levantar con una aceleracin mxima.

    La carga mnima se tiene cuando se inicia la carrera descendente; ya que en esta zona nicamente se tiene el peso de las varillas flotando, menos el factor de aceleracin.

    Las ecuaciones de Mills para determinar la carga mxima y mnima de la varilla pulida son las siguientes:

    Para la unidad convencional (Clase I).

    Slo para propsitos de derivacin en el desarrollo de la ecuacin del efecto de contrabalanceo ideal, las fuerzas de flotacin y de friccin son consideradas, pero comnmente son desechadas. En el clculo de la carga mxima y en el clculo de la carga mnima se elimina la fuerza de friccin, entonces:

    Para unidad aerobalanceada (Clase III).

  • 44

    El 0.7 es porque esta unidad utiliza nicamente el 70% de la aceleracin para revertir la carrera de la varilla pulida comparada con la unidad convencional.

    Para unidad Mark II (Clase III).

    Levantar una carga mxima con alta aceleracin ocasiona una mayor carga estructural, lo que a su vez produce una mayor tensin en las varillas. Es por esta razn que se debe checar que la tensin mxima prevista no sea mayor que la tensin mxima de trabajo permisible.

    La tensin mxima en la parte superior de toda la sarta de varillas (de un slo dimetro o telescopiadas), va a ser calculada dividiendo la carga mxima de la varilla pulida entre el rea de la seccin transversal de la varilla superior.

    Donde:

    = rea de la varilla superior [pg2].

    El criterio de comparar la tensin mxima a la que estar sometida la sarta de varillas diseada, es tan importante que si sta es mayor que la tensin de trabajo

    permisible (usualmente es de 30000

    ), la sarta de varillas tendr que ser

    rediseada.

    La tensin a la cual ocurren fallas en la varilla es el llamado lmite proporcional del material, este lmite no es un criterio para establecer la tensin mxima de trabajo permisible para las varillas, ya que se tienen ciertas fallas por fatiga, las cuales generalmente ocurren a tensiones por debajo del lmite proporcional. Entonces se considera el endurecimiento lmite como la tensin mxima que puede aplicarse a

  • 45

    un miembro. El lmite de endurecimiento para las varillas depende de: (1) los componentes presentes en el acero, (2) los agentes corrosivos presentes en el fluido y (3) el rango de tensin al que estn sujetas las varillas.

    3.5 Diseo de la unidad de Bombeo Mecnico.

    En el diseo de instalaciones de bombeo mecnico, existen diferentes procedimientos, a continuacin se presenta el que ms utilizado, con el desarrollo de los factores principales involucrados en el diseo de la unidad de bombeo mecnico.

    3.5.1 Mtodo API-RP-11L.

    Para facilitar la comprensin de esta parte, a continuacin se definirn las variables que intervienen en las frmulas, figuras y tablas.

    : Carrera del mbolo, . : Desplazamiento de la bomba, . : Carga mxima en la varilla pulida, . : Carga mnima en la varilla pulida, .

    : Torsin mxima,

    .

    : Potencia en la varilla pulida, . : Contrapeso requerido, . : rea del mbolo,

    .

    : rea de la varilla .

    Nivel del fluido, . : Profundidad de la bomba, . : Velocidad de bombeo, . : Longitud de la varilla pulida, . : Dimetro del mbolo de la bomba, . : Densidad relativa del fluido (Agua=1.0).

    : Peso por unidad de longitud de las varillas en el aire,

    .

    : Constante elstica de las varillas,

    .

    : Factor de frecuencia til en el diseo de varillas.

    : Constante elstica de la TP

    .

    : Carga diferencial del fluido sobre el rea total del mbolo, . : Constante de resorte del total de la sarta de varillas.

    : Constante elstica para el total de la sarta de varillas,

    .

    Libras de carga necesaria para alargar el total de la sarta de varillas una cantidad igual a la carrera de la varilla pulida, . : Frecuencia natural de la sarta de varillas de un solo dimetro, . : Frecuencia natural de la sarta de varillas combinada, . : Constante de resorte de la TP no anclada.

  • 46

    : Constante elstica para la TP no anclada,

    .

    : Peso total de las varillas en fluido, .

    : Peso total de las varillas en el aire; . : Factor de PPRL. : Factor de MPRL.

    : Torsin en la manivela,

    .

    : Factor de PRHP.

    : Factor de ajuste de torsin para valores de

    diferentes de 0.3.

    Esquema

    Para hacer ms fcil la comprensin de las frmulas utilizadas en el diseo, a

    continuacin se presenta una figura en la que se sealan los factores: , , , y .

    Significado de los parmetros adimensionales: ,

    , y

    .

    1) Relacin de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta

    de varillas de un solo dimetro.

    2) Relacin de velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta

    de varillas combinadas. El valor de , la frecuencia natural de la sarta de varillas combinada, generalmente es de 30 vibraciones por minuto o mayor, la velocidad de

    bombeo rara vez ser mayor de 20 EPM, por lo tanto, el valor de

    variar entre 0.0 y 0.6.

    La frecuencia natural de la sarta de varillas combinadas se define

    como:

    En donde:

    = Constante de proporcionalidad que depende del diseo de varillas, tambin conocido como factor de frecuencia. = Velocidad del sonido en el acero. = 1.0 si la sarta de varillas es de un solo dimetro.

  • 47

    Tericamente = 17000

    .

    Prcticamente = 16300

    = 978000

    .

    3)

    = Relacin del alargamiento de las varillas a la carrera de la varilla

    pulida.

    El parmetro adimensional

    representa el alargamiento de varillas. El

    alargamiento real inducido por la carga de fluido, es

    , entonces,

    es el alargamiento de varillas expresado en fraccin de la carrera

    de la varilla pulida. Para sartas de un solo dimetro:

    Para sartas de dimetro variable:

    El trmino

    da el alargamiento de las varillas causado por la

    aplicacin esttica de la carga de fluido en porcentaje de la carrera de la varilla pulida. Ejemplo:

    = 0.1

    Significa que el alargamiento de varillas es el 10% de la carrera de la varilla pulida. A velocidades muy bajas, el alargamiento adimensional de las varillas y la velocidad de bombeo se relacionan de la forma siguiente:

    Los clculos de torsin se realizaron usando el cociente:

  • 48

    Si el valor es = 0.3, se debe hacer la correccin indicada en la Figura 30.

    Figura 30 Ajuste de Torsin Mxima para valores de

    diferentes de 0.3.

  • 49

    Definiciones adicionales

    Carrera del mbolo:

    Si la tubera de produccin est anclada

    El trmino

    se obtiene de la Figura 31.

    Figura 31

    Factor de la carrera del mbolo.

  • 50

    Desplazamiento de la bomba: D = Dimetro del mbolo

    Mtodo API.

    Carrera del mbolo.

    Donde:

    Si la tubera de produccin est anclada .

    Carrera del mbolo .

    Longitud de la varilla pulida .

    Constante elstica para el total de la sarta de varillas

    .

    Factor de la carrera del mbolo.

    Desplazamiento de la bomba.

    Donde:

    Dimetro del mbolo de la bomba

    Carrera del mbolo

    Velocidad de bombeo

    Desplazamiento de la bomba .

    Mxima carga en la varilla pulida.

  • 51

    Donde:

    El valor de se obtiene de la Tabla 7.

    Tabla 7 Datos del mbolo de la bomba de la insercin.

    Dimetro

    rea

    Constante de la Bomba

    Mxima carga en la varilla pulida.

    Se muestra en dos formas:

    Para quienes prefieren expresar la carga de fluido como funcin del rea neta del mbolo:

  • 52

    Donde: Carga mxima en la varilla pulida . es la presin a la profundidad de una columna de fluido, con la densidad relativa .

    Otra aproximacin que da idnticos resultados, define la carga de fluido como funcin del rea total del mbolo:

    Donde:

    rea del mbolo .

    Velocidad de Bombeo . = Peso de las varillas en el fluido .

    = Peso de las varillas en el aire . Longitud de la varilla pulida . O bien:

    Donde: Carga diferencial del fluido sobre el rea total del mbolo . Para unidades con geometra especial:

    Para unidades balanceadas con aire.

    Obviamente el mtodo convencional para la prediccin de , toma en cuenta la aceleracin de la sarta de varillas, pero no as, los efectos armnicos de la vibracin de la sarta. El mtodo API para la prediccin de ocupa la ecuacin:

  • 53

    Donde:

    Factor de carga mxima en la varilla pulida.

    El trmino adimensional

    se obtiene de la Figura 32.

    Figura 32 Carga mxima en la varilla pulida.

    En esta figura se toma en cuenta el efecto armnico de la sarta de varillas, as como los efectos normales de aceleracin.

  • 54

    El mtodo API no introduce ningn factor para tomar en cuenta las unidades con geometra especial.

    Mnima carga en la varilla pulida.

    La frmula convencional para la mnima carga en la varilla pulida para unidades de geometra convencional es:

    Para unidades de geometra especial:

    Para unidades balanceadas por aire:

    Nuevamente la desaceleracin de la sarta es considerado, pero los efectos dinmicos no lo son.

    El mtodo API para la prediccin de la carga mnima en la varilla pulida es:

    Donde:

    Factor de carga mnima en la varilla pulida.

    Libras necesarias para alargar el total de la sarta de varillas a una cantidad igual a la carrera de la varilla pulida.

    Peso de las varillas en el fluido.

  • 55

    El trmino adimensional

    se obtiene de la Figura 33.

    Figura 33 Carga mnima en la varilla pulida.

    En esta figura se consideran los efectos normales de desaceleracin, ms los efectos armnicos de las varillas.

  • 56

    Torsin Mxima

    El mtodo convencional para el clculo de la torsin mxima en unidades con geometra convencional es:

    Donde:

    Torsin mxima . Carga mxima en la varilla pulida . Carga mnima en la varilla pulida . = Densidad relativa del fluido. = Longitud de la varilla pulida . El mtodo API para el clculo de la torsin mxima es:

    Donde:

    Torsin mxima .

    Libras necesarias para alargar el total de la sarta de varillas una cantidad igual a la carrera de la varilla pulida.

    Factor de ajuste de torsin para valores de

    diferentes de 0.3.

    Constante de resorte del total de la sarta de varillas.

    Longitud de la varilla pulida.

    Factor de torsin mxima (ver Figura 34).

    El mtodo API para el clculo de la mxima torsin, supone que las cargas mxima y mnima ocurren a los 75 y 285 de la posicin de la manivela, respectivamente. Otra posicin es que no exista golpeteo o interferencia de gas. El API-RP-11L no incluye la prediccin de torsin mxima para unidades con geometra especial. El mtodo API tambin supone que la eficiencia mecnica de la unidad de bombeo es 100%, algunos mtodos convencionales hacen la misma suposicin, aunque uno de los mayores fabricantes usa una eficiencia mecnica de 93%.

    Una suposicin ms en el mtodo API y en el convencional es, que la unidad siempre est perfectamente balanceada.

  • 57

    Figura 34 Torsin Mxima.

    Donde:

    Factor de potencia en la varilla pulida.

    Libras de carga necesaria para alargar el total de la sarta de varillas, una cantidad igual a la carrera de la varilla.

    Longitud de la varilla pulida .

    Velocidad de bombeo . Mdulo de elasticidad para el acero (mdulo de Young)

  • 58

    Contrapeso requerido.

    Donde:

    Peso total de las varillas en el fluido .

    Carga diferencial del fluido sobre el rea total del mbolo .

    = Factor.

    3.6 Produccin esperada.12

    En el procedimiento para calcular la produccin esperada de un pozo con bombeo mecnico, utilizando las constantes de los diferentes dimetros de la bomba, el resultado es considerado de una eficiencia al 100%, por haberse tomado como relacin puro lquido; sin embargo en la aplicacin en hidrocarburos que contienen gas, la eficiencia estara en el orden del 80 a 90%, ya que nunca se cumple una carrera efectiva del pistn por el alojamiento de gas en el interior de la bomba.

    Frmula para calcular la produccin diaria en barriles en un pozo con sistema artificial de bombeo mecnico de acuerdo a la constante de la bomba indicada en la Tabla 7.

    Donde:

    Dimetro del mbolo de la bomba

    Carrera del mbolo

    Velocidad de bombeo

    Desplazamiento de la bomba o Gasto Terico .

    Las condiciones de operacin del pozo son 120 de carrera y a 3 emboladas por minuto, pues con la carrera ms larga y a bajas emboladas se evita la alta produccin de agua.

  • 59

    Sustituyendo:

    Se sabe que ningn sistema opera con un 100% de eficiencia o efectividad y en el caso de las bombas de insercin aunque sean nuevas no es la excepcin. Por ello es necesario calcular la eficiencia de la bomba.

    3.6.1 Eficiencia de la Bomba.

    La eficiencia de la bomba se puede definir como el cociente entre el gasto real obtenido del pozo en un da de medicin en la batera de separacin y el gasto terico o produccin esperada del mismo pozo: Para este caso en el pozo Constituciones 239 se calcul con el gasto real promedio y el gasto terico y se obtuvo una eficiencia del 50%.

    3.6.2 Gasto Real.

    El gasto real es el medido en la batera de separacin, por lo cual es un dato obtenido, pero para esta intervencin que no se ha realizado mediciones, se toma en cuenta el gasto terico calculado de la bomba y la eficiencia de la bomba que ha tenido antes de la intervencin como medida de referencia.

    Sustituyendo:

  • 60

    Este resultado nos muestra la produccin que es la produccin que se tendr con una bomba de insercin de 2 de dimetro a una carrera de 120, con la unidad de bombeo mecnico trabajando a 3 emboladas por minuto eficiencia del 50% pero esta produccin es bruta es decir contempla aceite y agua, para obtener la produccin neta se tendr que tomar en cuenta el corte promedio de agua, el cual se obtiene de las muestras que se toman en campo y se envan al laboratorio con la ecuacin siguiente:

    Donde:

    : Es la produccin neta despus de multiplicar por el corte de agua.

    : Es el gasto real calculado.

    : Corte de agua [57%].

    Sustituyendo:

    El gasto promedio del pozo antes de la intervencin propuesta es de 30 [BPD] a un 57 % de agua, con la intervencin propuesta se obtendr un gasto de 47.8 [BPD] a un 57 % de agua. Con ello se tendr una ganancia de 17.8 [BPD] el cual a lo largo del ao sern 6497 [BPD] y evitando de la interferencia de gas, porque la intervencin tendr un beneficio tanto en la produccin de hidrocarburos como en un problema que ocasiona la baja eficiencia del sistema hasta la interrupcin del funcionamiento del mismo.

  • 61

    CONCLUSIONES.

    Teniendo presente que el Campo Tamaulipas-Constituciones es un campo maduro se tienen que utilizar varias opciones econmicamente rentables tales como las intervenciones como las que se proponen con el fin de optimizar la explotacin de los pozos (evitando la produccin de gas). Los sistemas artificiales son una herramienta poderosa en la explotacin comercial de hidrocarburos, ms an el bombeo mecnico es el ms utilizado en Mxico por su fcil instalacin y su bajo costo, as como el mantenimiento y optimizacin del mismo.

    Durante mi labor en el Campo Tamaulipas-Constituciones se presentaron problemas en los diferentes sistemas artificiales de produccin entre los ms comunes el de interferencia de gas en el bombeo mecnico y debido a ello tena que aplicar varias alternativas para solucionar este problema, las cuales van desde instalar una vlvula de contra presin en la tubera de produccin, espaciar la bomba (subir grampa) para disminuir el espacio muerto entre las vlvulas y con esto reducir la entrada de gas a la bomba, hasta la intervencin con el equipo de Terminacin y Reparacin de Pozos (TRP) para cambiar el equipo se bombeo mecnico subsuperficial e instalar la combinacin del separador de gas con el fin de minimizar este fenmeno.

    Con este trabajo se pretende dar una gua para una intervencin rpida y eficaz en su implementacin no solo en el pozo Constituciones 239 sino en los pozos de todo el Campo que presentan el fenmeno de interferencia de gas y que poseen caractersticas similares ya sea de operacin, mecnicas, etc. Para ello se tiene que tener una buena toma de informacin en el campo, apoyado de varias herramientas tales como toma de Ecmetro, Cartas Dinamomtricas, cuando se esta intervencin y ya se retiro el aparejo de bombeo mecnico se toma Registro de Presin de Fondo Cerrado, toma de muestras antes de la intervencin, condiciones de operacin antes de la intervencin, y con los con el fin de tener un mejor diseo.

    Con la elaboracin de este trabajo se muestra los conocimientos adquiridos tanto en mi formacin acadmica como en la profesional a lo largo de un ao de mi estancia en el Campo Tamaulipas-Constituciones. Los cuales aplique no solo para el diseo sistemas artificiales (Bombeo mecnico, Neumtico y cavidades progresivas), toma de informacin, interpretacin de la misma sino para la toma de decisiones para prximas intervenciones, soluciones de fallas (rotura de varillas, bombas atascadas, roturas de TP, de TP, basados en la recopilacin de informacin tanto de campo como en la base de datos los cuales contemplan los anlisis de muestras, histricos de produccin, histrico de intervenciones, etc. Con esta intervencin, el pozo tiene otra alternativa de sistema artificial ya que se introdujo una bomba de insercin la cual se puede recuperar fcilmente e instalar una bomba de cavidades progresivas que es aplicable a este tipo de pozos debido a la que la densidad de fluido es de 15 API y la interferencia de gas no sera problema ya que se queda la combinacin de separador de gas por que se necesitara el equipo de Terminacin y Reparacin de Pozos (TRP) para recuperarlo.

  • 62

    RECOMENDACIONES.

    Las recomendaciones que se hacen son en base en mi experiencia para la toma de informacin y en el seguimiento de las operaciones. Para la toma de ecmetro se debe de tener las condiciones de operacin en bombeo mecnico tales como: tipo de unidad de bombeo mecnico (convencional o hidroneumtica),si esta en operacin o no, emboladas por minuto, carrera, espacio libre en la varilla pulida (con el fin de espaciar en caso de interferencia de gas), si esta en produccin el pozo o no, presin en la TP y TR, telemetra instalada, para el caso de bombeo neumtico se debe de tener las presiones de apertura y cierre de las vlvulas, la presin de inyeccin de gas, en el caso de cavidades progresivas si esta en operacin contar las revoluciones por minuto con las que opera (normalmente el equipo superficial tiene un contador) para todos los casos es necesario contar los estados mecnicos actuales de los pozos.

    Cuando se toma el ecmetro en un pozo que opera con bombeo mecnico se inyecta nitrgeno a alta presin, por ello se deben de hacer dos disparos para tener mayor exactitud en el nivel dinmico del pozo, posteriormente se toma la presin en la tubera de revestimiento para conocer la presencia de gas, debe de hacerse la prueba por lo menos tres minutos debido a que si existe la gas se incrementar la presin a lo largo de ese tiempo.

    Para el registro de las cartas dinamomtricas de un pozo que opera con bombeo mecnico, es altamente recomendable hacerlo inmediatamente despus registro del ecmetro, pues el equipo de computo es el mismo, posteriormente despus de instalado el equipo en la varilla pulida se registrarn al menos veinte cartas, debido a que se estudia el diferente comportamiento de la bomba en su funcionamiento normal. Posteriormente se har la prueba de las vlvulas tanto viajera como la de pie, de manera similar como se hizo con las cartas dinamomtricas se inicia cuando la varilla pulida empieza su carrera ascendente, cuando llega a de la carrera ascendente se detendr la unidad de bombeo mecnico alrededor de dos minutos si la vlvula de pie pierde carga o la retiene, se observar en la prueba, despus se pondr en operacin la unidad de bombeo mecnico, luego de cinco emboladas transcurridas se iniciar la prueba de la vlvula viajera, cuando la varilla pulida empiece la carrera descendente se detendr la unidad de bombeo mecnico de la carrera descendente alrededor de dos minutos si la vlvula viajera se observar la prdida o retencin de la carga. En dado caso de las vlvulas de la bomba muestren prdida se recomendar una circulacin en inversa con aceite caliente la cual limpiar o desazolvar la bomba.

    Cuando el pozo sea operado con bombeo neumtico, se debe antes de instalar ecmetro de desconectar la inyeccin de gas pues puede inyectar cuando se coloca la pistola en la brida y esto puede ocasionar un accidente, una vez colocada, se vuelve a conectar la inyeccin, debido a que se requiere ms presin de inyeccin para el disparo de nitrgeno es necesario que el tanque este lleno para que no falle y se tenga que suspender el registro, una vez que se tenga el nivel dinmico del pozo se podr conocer cul es la vlvula operante

  • 63

    BIBLIOGRAFA.

    1: Brown, K.E.; The Technology of Artificial Lift Methods, Vol. 2; Introduction of artificial lift Systems; Beam Pumping: Desing and Analysis; Petroleum Pubishing Co.; Tulsa, Ok., 1980.

    2: Craft, Holden and Graves, Well Design: Drilling and Production, Secc. 5

    3: Lucero Arana Felipe de Jess, Apuntes del Curso de Sistemas Artificiales de Produccin, Facultad de Ingeniera, 2011, Mxico, Universidad Nacional Autnoma de Mxico.

    4: Petrleos Mexicanos, 2000, Operacin de Bombeo Mecnico I, Mxico.

    5: Petrleos Mexicanos, 2000, Operacin de Bombeo Mecnico II, Mxico.

    6: Petrleos Mexicanos, 2000, Operacin de Bombeo Mecnico III, Mxico.

    7: Petrleos Mexicanos, 2012, Programa de Reacondicionamiento de Bombeo mecnico del pozo Constituciones 239, Mxico.

    8: Petrleos Mexicanos, 2009, Las Reservas de Hidrocarburos en Mxico de Enero de 2009, Mxico.

    9: Ramrez Sabag Jetzabeth, Lozano Villajuana Gerardo, Prez Tavares Rodolfo, Productividad de pozos Petroleros, Facultad de Ingeniera, 2007, Mxico, Universidad Nacional Autnoma de Mxico.

    10: S. G. Gibbs, Predicting the Behaviour of Sucker-Rod Pumping Systems,

    Journal of Petroleum Technology, July 1963.

    11: T. A. Everitt and J. W. Jennings, An Improved Finite Difference Calculation of Downhole Dynamometer Cards for Sucker Rod Pumps, Paper SPE 18189, 1988.

    12: Theta Oilfield Services, Inc., 2006, Rodstar-D/V Modern Design and Simulation of Rod Pumping Systems for Deviated or Vertical Wells, La Habra, CA 90631 USA.

    13: Weatherford, 2012, Curso de operacin y diseo de bombas reciprocantes, Mxico.

    14: William D. McCain, Jr., The Properties of Petroleum Fluids, PeenWell Books, 1900, 1421 South Sherian/P.O. Box 1260 Tulsa, Oklahoma.