INTRODUCCION AL DISEO EQUIPOBOMBEO ELECTRICO SUMERGIBLE

Baker Hughes

INTEQ

Hughes Christensen

Baker Oil Tools

Baker Petrolite

Baker Hughes Drilling Fluids

Centrilift

Baker Atlas

Introduccin al Diseo de Equipo BES

Los 9 pasos

Introduccin al Diseo de Equipo BES

Los 9 Pasos del Diseo

Paso 1 Paso 1 -- Datos BDatos BsicossicosRecolectar y analizar todos los datos del pozo que se usarn en el diseo.

Paso 2 Paso 2 -- Capacidad de ProducciCapacidad de ProduccinnDeterminar la productividad del pozo a la profundidad a la que se desea instalar la bomba.

Paso 3 Paso 3 -- CClculos de Gaslculos de GasCalcular los volmenes de fluidos, incluyendo el gas, en las condiciones de admisin de la bomba.

Paso 4 Paso 4 -- Altura DinAltura Dinmica Totalmica TotalDeterminar el requerimiento de descarga de la bomba.

Paso 5 Paso 5 -- Tipo de BombaTipo de BombaPara una capacidad y altura dada, seleccionar el tipo de bomba que tendr la mayor eficiencia para la tasa de flujo deseada.

Paso 6 Paso 6 -- TamaTamao Optimo de los Componenteso Optimo de los ComponentesSeleccionar el tamao ptimo de bomba, motor y sello y revisar las limitaciones del equipo.

Los 9 Pasos del Diseo

Paso 7 Paso 7 -- Cable ElCable ElctricoctricoSeleccione el tipo y tamao correcto del cable.

Paso 8 Paso 8 -- Accesorios y Equipo OpcionalAccesorios y Equipo OpcionalSeleccionar accesorios de equipos BES ascomo equipo opcional.

Paso 9 Paso 9 -- El Sistema de velocidad.El Sistema de velocidad.Para una flexibilidad operacional adicional, seleccionar el sistema de de velocidad variable.

Los 9 Pasos del Diseo

Desarrollo de los 9 pasos

Paso 1Paso 1

PASO 1 PASO 1 -- DATOS BASICOSDATOS BASICOS

El diseo de una unidad de bombeo electrosumergible, bajo la mayora de las condiciones, no es una labor difcil, especialmente si se tienen a disposicin datos confiables. Los datos errneos generalmente dan como resultado una bomba inapropiada y una operacin costosa.

Datos principales requeridos:

a. Tamao y peso del casing y tubing.b. Intervalo de las perforaciones.c. Profundidad de colocacin de la bomba (medida y vertical).d. Nivel de fluido producido y/o presin de entrada a la bomba.e. Nivel de fluido esttico y /o presin esttica de fondo de pozo.f. Temperatura de fondo de pozo.g. Tasa de produccin deseada.h. Relacin gas-petrleoi. Corte de agua.j. API del petrleo o gravedad especficak. Punto de burbuja del gasj. Posibles Problemas (Arena, Corrosin, Parafina, Temperatura)

Paso 2Paso 2

PASO 2 PASO 2 CAPACIDAD DE PRODUCCIONCAPACIDAD DE PRODUCCION

La siguiente informacin es una simplificacin de los procedimientos para predecir el comportamiento del pozo.

ndice de ProductividadCuando la presin de flujo del pozo (Pwf) es mayor que la presin del punto de burbuja (Pb) el flujo del fluido es similar al flujo de una fase, y la curva de productividad es una lnea recta con pendiente constante:

PI = Q / (Pr Pwf)

Donde: Q = La tasa de produccin de prueba del fluidoPwf = La presin del flujo del pozo a la tasa de prueba Q.Pr = Presin esttica del pozo.

Relacin de ProductividadSi Pwf es menor que Pb, resultando en un flujo multi-fsica , debe usarse el mtodo IPR. Vogel presenta una curva de referencia adimensional que puede ser usada para determinar la curva IPR para un pozo en particular

Paso 3Paso 3

PASO 3 PASO 3 CALCULO DE GASCALCULO DE GAS

La presencia de gas libre en la entrada de la bomba y en la tubera de produccin hace que el proceso de seleccin del equipo sea ms complicado y voluminoso. Como el fluido (mezcla de lquido y gas) fluye a travs de las etapas de la bomba desde la entrada hasta la descarga y a travs de la tubera de produccin, la presin y en consecuencia, las propiedades del fluido (como volumen, densidad, etc.) van cambiando continuamente.

El desempeo de una bomba centrfuga tambin se ve considerablemente afectado por el gas. En la medida en que el gas permanezca en solucin, la bomba se comporta normalmente como si estuviera bombeando un lquido de baja densidad. Sin embargo, la bomba comienza a producir una cabeza menor de lo normal a medida que la relacin gas a lquido (en condiciones de bombeo) aumenta hacia un cierto valor crtico (normalmente al rededor del 10-15%).

Idealmente, un pozo podra ser productivo con una presin de sumersin mayor que la presin del punto de burbuja para mantener cualquier gas en solucin a la entrada de la bomba. Tpicamente esto no es posible, de manera que los gases deben ser separados de los otros fluidos antes de la entrada de la bomba para alcanzar la mxima eficiencia del sistema.

Paso 4Paso 4

PASO 4 PASO 4 ALTURA DINAMICA TOTALALTURA DINAMICA TOTAL

El siguiente paso es determinar la altura dinmica total que se requiere para bombear la capacidad deseada. La altura de bomba total se refiere a pies de lquido que sea bombeado y se calcula que sea la suma de 1) levantamiento neto del pozo (levantamiento dinmico); 2) perdida por friccin de la tubera del pozo; y 3) presin de descarga de la cabeza del pozo.

La ecuacin simplificada es la siguiente:

TDH = Hd + Ft + Pd

Donde:TDH = altura dinmica total en pies entregada por la bomba cuando se bombea el volumen deseado.Hd = distancia vertical en pies entre la altura del pozo y el nivel estimado de produccin de fluido a la capacidad esperada.(lev neto)Ft = la altura requerida para superar la prdida por friccin en la tubera, medida en pies.Pd = la altura requerida para superar la friccin en la tubera de la superficie, las vlvulas y conexiones, y para superar los cambios de elevacin entre la altura del pozo y la Estacin.

Paso 5Paso 5

PASO 5 PASO 5 TIPO DE BOMBATIPO DE BOMBA

La informacin acerca de los tipos de bombas y los rangos de operacin y las curvas de desempeo de las bombas (60 Hz y 50 Hz) estn incluidas en los catlogos.

Con base en la tasa de produccin esperada de fluido y el tamao del revestimiento, seleccione el tipo de bomba que estar operando dentro del rango de funcionamiento de la bomba y lo ms cercano a la mxima eficiencia de la bomba, a la tasa de produccin esperada.

Cuando dos o ms tipos de bombas tienen eficiencias similares en el volumen deseado, las siguientes condiciones determinan la eleccin de la bomba:

1. Normalmente, la bomba y el motor de dimetro ms grande son menos costosos y operan a eficiencias ms altas.

2. Cuando no se conoce la capacidad del pozo, o no puede ser estimada aproximadamente se debe eligir el tipo de bomba que requiera el mayor nmero de etapas. Dicha bomba producir una capacidad muy cercana al volumen deseado aun cuando el levantamiento del pozo sea substancialmente mayor o menor de lo esperado.

3. Si se presenta gas en el fluido producido, se puede requerir de un separador de gas para alcanzar una operacin eficiente. Refirase al Paso 3 .

Paso 6Paso 6

PASO 6 PASO 6 TAMATAMAO OPTIMO DE LOS COMPONENTESO OPTIMO DE LOS COMPONENTES

Los componentes de Centrilift estn construidos en una cantidad de tamaos que pueden ser ensamblados en una variedad de combinaciones.

Estas combinaciones deben ser cuidadosamente determinadas para manejar el sistema de bombeo electrosumergible dentro de los requerimientos de la produccin, resistencia de los materiales y lmites de temperatura. Mientras realiza el dimensionamiento de los componentes, refirase a la seccin de Ingeniera de su catlogo para revisar cada una de las tablas y cuadros:

Combinacin de Equipos en Revestimientos Varios Limites de Carga mxima Dimetro Mximo de las Unidades Velocidad de Paso del Fluido por el Motor Limitaciones de HP en el eje a las diferentes frecuencias. Una velocidad del fluido de un pie por segundo se recomienda para asegurar el

enfriamiento adecuado del motor. En caso de que esta velocidad no se alcance, puede ser necesario el uso de una chaqueta de motor para incrementar la velocidad.

Dimensionamiento de la BombaDimensionamiento de la Bomba

Remtase a la curva de desempeo del tipo de bomba seleccionado y determine el nmero de etapas requeridas para producir.

Note que las curvas caractersticas de las bombas son curvas de desempeo para una sola etapa con base en agua con gravedad especfica de 1.00.

En la interseccin de la tasa de produccin deseada (escala horizontal) y la curva de capacidad de altura (escala vertical), lea el valor de la altura en la escala izquierda.

Divida la altura dinmica total por este valor de altura para determinar el nmero de etapas.

Numro de Etapas Total = TDH total / (Head / etapa)

2000 BFPF

48 FT

Dimensionamiento del MotorDimensionamiento del Motor

Para seleccionar el tamao del motor adecuado para un tamao de bomba determinado, usted primero debe determinar los caballos de potencia al freno requeridos por la bomba.

Los caballos de fuerza por etapa se obtienen refirindose de nuevo a la curva de desempeo para la bomba seleccionada y leyendo el valor de la escala correcta.

La potencia al freno requerida para manejar una bomba dada se calculan fcilmente con la siguiente frmula:

BHP = Etapas Total x BHP/Etapa x Peso Especfico

Remtase a su catlogo para obtener las especificaciones del motor.

2000 BFPF

1.02 HP

Dimensionamiento de la SecciDimensionamiento de la Seccin n SellanteSellante

Remtase a su catlogo para seleccionar la seccin de sello adecuado. Se recomiendan sellos serie 400 para bombas serie 400 que utilizan motores serie 450. Cuando se utilizan motores series 544 0 562 con una bomba serie 513, se requiere de un sello serie 513. Se requiere de un adaptador de series 513-400 cada vez que un sello de serie 513 se instale con una bomba de serie 400.

SelecciSeleccin de n de SensorSensor de Fondode Fondo

Es opcional para la instalacin, en Ecuador si aplica en los pozos BES.

GC

S CEN

TINEL

Paso 7Paso 7

PASO 7 PASO 7 CABLE ELECTRICOCABLE ELECTRICO

Los cables elctricos estn normalmente disponibles en tamaos de conductores de 1, 2, 4, y 6. Estos tamaos se ofrecen tanto en configuraciones redondas como planas .

Existen varios tipos de armaduras y aislamientos para la proteccin contra los fluidos corrosivos y los ambientes agresivos.

La seleccin del cable involucra la determinacin de:

1) tamao del cable;2) tipo de cable;3) longitud del cable.

TamaTamao del cableo del cable

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

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

Determinar si el tamao seleccionado se puede utilizar con la tubera propuesta y los tamaos del revestimiento del pozo. El dimetro del cable mas el dimetro del acople de la tubera necesitar ser menor que el dimetro interno (I.D.) del revestimiento.

Tipo de cableTipo de cableLa seleccin del tipo de cable se basa primeramente en las condiciones del fluido, la temperatura del fondo de pozo y las limitaciones de espacio dentro del anillo del revestimiento. Donde no hay suficiente espacio para instalar cable redondo, usa cable de configuracin plana.

Longitud del CableLongitud del Cable

La longitud total del cable debe ser al menos 100 pies ms largo que la profundidad establecida para la bomba permitiendo hacer las conexiones en la superficie a una distancia segura de la altura del pozo.

VentilaciVentilacin del Cablen del Cable

En todos los pozos, es necesario liberar los gases del cable antes del controlador de la conexin al motor para evitar condiciones explosivas. Una caja de venteo se utiliza cable est disponible para proteger el controlador del motor de dichos gases.

Paso 8Paso 8

PASO 8 PASO 8 ACCESORIOS Y EQUIPOS OPCIONALESACCESORIOS Y EQUIPOS OPCIONALES

Es necesario verificar los accesorios y elementos adicionales siguientes:

Cable plano (cable de extensin del motor) Guardacable plano Bandas de cable Crossover, vlvula de retencin, vlvula de vaciado Transformador elevador Cable de Superficie Cabezal de Pozo Conector de Superficie

Paso 9Paso 9

PASO 9 PASO 9 SISTEMA BES DE VELOCIDAD VARIABLESISTEMA BES DE VELOCIDAD VARIABLE

El sistema ESP puede ser modificado para incluir un controlador de frecuencia variable Electrospeed de manera que opere con un rango de capacidad, cabeza y eficiencia mucho ms amplio.

Ya que un motor de bomba sumergible es un motor de induccin, su velocidad es proporcional a la frecuencia del suministro de potencia elctrica. Ajustando la frecuencia, el sistema de bomba sumergible de velocidad variable ofrece un potencial extraordinario para aumentar la produccin, reducir el tiempo improductivo, y aumentar las ganancias.

Los efectos de variar la frecuencia se pueden ver al preparar nuevas curvas de capacidad de cabeza para las frecuencias deseadas, con base en los datos de la curva conocida de desempeo de la bomba a 60 Hz.

Las curvas para las frecuencias diferentes a 60HZ se pueden generar usando las leyes de afinidad de la bomba centrfuga.

=

1

212 Hz

Hz Q Q

100073.1.. = MotorAmpsTapVoltsKVA

VoltsPrdidasMotorVoltsTapVolts ... +=

Capacidad en SuperficieCapacidad en Superficie

CaCada de Voltaje x Cableda de Voltaje x Cable

EJERCICIO # 1

Calcular Las prdidas de Voltaje que tendr un motor de 52 A al utilizar cable # 2 AWG a una longitud de 9000. (210F)

Prdidas por c/1000 FT = 14 V

voltsx 126'1000

'14'9000 =

Correccin por temperatura:

126V x 1.310 = 165 V

CaCada de Voltaje x Cableda de Voltaje x Cable

EJERCICIO DE APLICACION