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SISTEMAS ARTIFICIALES DE PRODUCCIN
EXPLORACIN Y PRODUCCIN
SISTEMAS ARTIFICIALES DE PRODUCCINSISTEMAS ARTIFICIALES DE PRODUCCIN
Ing. Antonio Enrique Acevedo Franco
04 de Julio de 2006
Ing. Antonio Enrique Acevedo Franco
04 de Julio de 2006
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Durante la vida productiva del pozo puede haber mas de un
Sistema Artificial de Produccin.
Los sistemas artificiales mas comunes son:
Bombeo mecnico
Bombeo neumtico
Bombeo electro centrifugo Bombeo hidrulico
Bombeo tipo JET
Bombeo por Cavidades progresivas
Bombeo de embolo viajero Otros
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Alto IP alta Pws No requiere
Alto IP Bajo Pws Puede requerir SAP
Bajo IP Alta Pws Puede ser fluyente
O mejorar IP mediante fractura o sistemas artificiales
Bajo IP baja Pws
Ultima etapa de explotacin
Bombeo intermitente o Bombeo mecnico
Alto IP > 50 BLS/DIA /PSI
Para B.N. flujo continuo, se recomienda una alta Pws (el pozo
es capaz de sostener una columna del fluido de 70 % de la
profundidad vertical. Si solo sostiene el 40 % se debe emplear
Flujo intermitente u otro sistema
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Tipos de vlvulas de Gas Lift
Vlvulas operadas por presin de la TR (requiere 100% de
presin en la TR para abrir y de 50 a 100% en la posicin
cerrada)
Vlvulas operadas por fluido ( requiere de 50% a 100% de la
presin en la TP en posicin cerrada y 100% en la abierta).
Esta vlvula requiere un incremento en la presin en la TP
para abrir y una reduccin en la misma para abrir)
Vlvulas proporcional (Trottling)
Vlvulas combinadas ( requiere un incremento en la presin
del fluido para abrir y un abatimiento en la presin de TP oTR para cerrar.
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Informacin necesaria para disear un sistema
Profundidad del pozo
Tamao de la TP o TR
Produccin de arena o depositacin de parafina
Presin de separacin Presin esperada en la boca del pozo, Pwh
Gasto de produccin deseable
Por ciento de agua %
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Presin de fondo
Temperatura de superficie fluyendo
Gravedad del aceite
Densidad del agua de produccin Densidad del gas y RGN
Presin esttica
Viscosidad del aceite, tensin superficial, etc.
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El bombeo neumticoSe comenz a usar en 1950 y posteriormente se fue
incrementando su uso debido a avances en 1952-1977 en
investigaciones para precisar aun mas las cadas de presin entuberas
Flujo continuo
En esta modalidad se inyecta gas por el espacio anular en forma
continua al punto mas profundo de la TP a travs de una vlvula,
con objeto de aligerar la columna disminuyendo as el gradiente
del fluido dentro y obteniendo una mayor produccin.
Rango de gastos de 200 a 20,000 bls/dia para dimetros
normales. Este rango puede variar mas o menos segn el
dimetro de la tubera. En esta forma el pozo fluye en formaconstante. Se usa en pozos de ALTO IP y alta presin de fondo
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Flujo intermitente
Se inyecta gas de forma similar al anterior pero en forma
intermitente y la produccin se acumula en la TP comotapones; el fluido es producido en forma de baches de
manera intermitente. A diferencia del anterior se inyecta
tambin en forma intermitente y su principio es inyectar el gas
a gastos grandes y aprovechar su expansin medida que sedesplaza hacia la superficie. En esta modalidad se puede
inyectar en puntos mltiples en forma sincronizada. Este
sistema requiere el uso de un vlvula motora con un
dispositivo de tiempo
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Tipos de vlvulas de Flujo continuo
Vlvula balanceada (presin de apertura=p de cierre)
Vlvula desbalanceada (presin de apertura =/ a la P de cierre)
Instalaciones de bombeo neumtico
Instalacin abierta (sin empacador) Instalacin semicerrada (con empacador)
Instalacin cerrada (con empacador y vlvula de pie)
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VALVULAS
DE DESCARGA
VALVULAOPERANTE
PRODUCCIN
GAS
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Buen Funcionamiento Mal Funcionamiento
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Las correlaciones de flujo Multifsico se emplean generalmente en
el diseo de los siguientes sistemas artificiales:
Bombeo neumtico Bombeo elctrico
Bombeo jet
Cuando existe aceite muy viscoso (mayor de 10 c.p.), y bajasvelocidades de flujo donde existe mucho deslizamiento de fluidos
no se acostumbra usar estas correlaciones
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Bombeo mecnico
El yacimiento que ha de producir por bombeo mecnico tiene ciertapresin, suficiente para que el petrleo alcance un cierto nivel en el
pozo. Por tanto, el bombeo mecnico no es ms que un
procedimiento de succin y transferencia casi contina del petrleo
hasta la superficie. El balancn de produccin, imparte elmovimiento de sube y baja a la sarta de varillas de succin que
mueve el pistn de la bomba, colocada en la sarta de produccin,
a cierta profundidad del fondo del pozo
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La vlvula fija permite que el petrleo entre al cilindro de la bomba.En la carrera descendente de las varillas, la vlvula fija se cierra yse abre la vlvula viajera para que el petrleo pase de la bomba a
la tubera de produccin. En la carrera ascendente, la vlvulaviajera se cierra para mover hacia la superficie el petrleo que esten la tubera y la vlvula fija permite que entre petrleo a labomba. La repeticin continua del movimiento ascendente ydescendente (emboladas) mantiene el flujo hacia la superficie
Como en el bombeo mecnico hay que balancear el ascenso ydescenso de la sarta de varillas, el contrapeso puede ubicarse enla parte trasera del mismo balancn o en la manivela. Otra
modalidad es el balanceo neumtico, cuya construccin yfuncionamiento de la cmara se asemeja a un amortiguadorneumtico; generalmente va ubicado en la parte delantera delbalancn. Este tipo de balanceo se utiliza para bombeo profundo.
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Es el sistema ms reconocido de bombeo. Utiliza un movimientovertical transmitido por contrapesos y un brazo mecnico que subey baja.
La bomba en s misma se encuentra en el fondo y se le transmite elmovimiento a travs de varillas que hacen su recorrido por dentrodel la TP. Al descender, la vlvula inferior se cierra y el pistn de la
bomba baja llenndose de petrleo. Al subir, la vlvula inferior seabre y mientras el pistn jala el petrleo que tiene dentro haciaarriba, a la vez llena la parte inferior por succin con una nuevacarga que posteriormente elevar.
As opera en forma alternativa. Dado el gran brazo de torque quetienen, son el tipo de bomba preferido en caso de tener quegenerar grandes presiones. La motorizacin puede ser elctrica ocon motor de combustin interna.
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Varillas
Elemento de conexin entre la unidad de bombeo, instalada en lasuperficie y la bomba de sub-suelo. Mediante de esta se transmiteel movimiento reciproco vertical a la bomba para el desplazamientodel fluido generalmente son productos de acero y por lo tanto
poseen propiedades de masa y elasticidad.
Bomba de Subsuelo
Es una bomba de pistn de desplazamiento positivo, desde suprofundidad de instalacin hasta la superficie, que funciona pordiferenciales de presin mediante bolas y asientos, para permitir laentrada y sello de fluido en ciclos peridicos sincronizados.
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Bombas de Cavidades Progresivas o PCP (Progressing Cavity Pump)
Este sistema es muy simple y econmico. La instalacin de
superficie es considerablemente menor que la de un bombeomecnico, pero tiene limitaciones en cuanto a la presin que puedegenerar y esto va en lnea directa con la capacidad de produccin.
Operan como un tornillo. La bomba est en el fondo del pozo, y escomparable con un tornillo gigante recubierto por un polmero muyduro. La fuerza motriz la entrega un motor en la superficie(elctrico o a explosin). La transmisin es realizada por un eje devarillas, similar al de las bombas mecnicas, pero en este caso, el
movimiento es rotante lo cual disminuye mucho el desgaste porrozamiento de las mismas.
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Es el mtodo preferido en el caso de no tener grandes presiones
o en caso de tener intrusiones de arena ya que las bombas
pueden operar sin destruirse en sus partes mecnicas ni tener un
desgaste excesivo.
Es un sistema bastante nuevo originado en Canad. Su costo
inicial y operativo son muy buenos, pero tienen, comomencionamos anteriormente, algunas limitaciones de
aplicabilidad que impiden que se difunda en forma masiva.
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Bombeo hidrulico
Es un sistema artificial donde se transmite energa al fondo delpozo mediante la inyeccin de un fluido presurizado a travs delas tuberas del pozo. A este fluido presurizado se le llama fluidomotriz y puede ser agua, aceite o una mezcla de estos. La energaes adicionada a los fluidos del yacimiento mediante una bombainstalada en el fondo, esta bomba puede ser de tipo pistn o jet.
El sistema funciona de la siguiente manera, en el o los tanques dela unidad superficial se recibe el fluido producido, que es unamezcla del fluido del pozo con el fluido inyectado, de aqu se envauna parte a la batera de produccin y el restante una vez limpiode slidos es succionado por la bomba mltiple para ser inyectadohacia el pozo para que la bomba de fondo realice su funcin.
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Fluido de potencia limpio
Fluido de potencia alta pres.
Gas Producido
Fluido mezclado
Fluido producido
Bomba de Fluido de potenciaManifold de controlPozos
Paquete de separacin
Modular
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PistonHacia arriba El F.P. Acta sobre
el pistn motriz
(tambin se expulsaF.P.)
El mbolo esimpulsado haciaarriba
El movimientolibera y cierravlvulas check
Entra fluido del pozo
El fluido del pozo se
presuriza en otrolado del mbolo
Hacia abajo El F.P. Acta
sobre el pistn
motriz (tambinse expulsa F.P.)
El mbolo esimpulsado haciaabajo
El movimientolibera y cierravlvulas check
Entra fluido delpozo
El fluido delpozo se presurizaen otro lado delmbolo
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Tubera de
produccin
Empacador de sello
Jet y rea de
mezclado
Tubera de
revestimiento
Vlvula de asiento
Empacadorpermanente
Perforaciones
JET
Notas:
= Fluido del Pozo
= Fluido de potencia de
la bomba superficial
= Flujo mezclado a lasuperficie
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Bombeo electrosumergible o ESP (Electrical Submersible Pump)
Se basa en el principio de centrifugacin de fluidos. Un estator
gira a alta velocidad y expulsa el fluido hacia la periferia del rotordonde es ingresado en una tubera que lo descarga. Este tipo debombas tienen varias etapas de centrifugacin. Es decir, no es unsolo rotor sino que son varios colocados en forma sucesiva uno
sobre el otro y alimentndose entre ellos para ganar mayorpresin
Su ventaja principal es que realmente no tiene casi instalaciones
de superficie a excepcin de un control de velocidad del motor.La motorizacin es elctrica exclusivamente y el motor seencuentra en la bomba misma al fondo del pozo.
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Neumtico Mecnico HidrulicoJet HidrulicoPistn
Profundidad de operacin
[pies] 5,000 - 10, 000 1,000- 11, 000 16,000 20,000
Gasto obtenido [BPD] 100 - 10,000 5 - 1,500 50 - 1,000 >15,000Temperatura de operacin
[F] 100 - 250 100 - 350 75 - 500 75 - 500
Desviacin del pozo
[grados] 0 - 50 0 - 20 0 - 50 0 - 50
Resistencia a la corrosin
Buena -
Excelente
Buena -
Excelente Excelente Excelente
Manejo de gas Excelente Pobre - Buena Pobre Pobre
Manejo de slidos Buena Pobre - Buena Excelente Excelente
Densidad del fluido [API] >15 >8 >20 >20
Aplicacin costa fuera Excelente Limitada Limitada Limitada
Principio de
funcionamiento
Gas a alta
presin Unidad sup Unidad sup Unidad sup
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Centrifugo Cavidades
Embolo
viajero
Profundidad de operacin [pies] 20,000 2,000 - 4,500 8,000
Gasto obtenido [BPD] 100 - 30,000 5 - 2,200 1 - 200
Temperatura de operacin [F] 75 - 500 75 - 150 75 - 120
Desviacin del pozo [grados] 0 - 60 N/A N/A
Resistencia a la corrosin Excelente Pobre Excelente
Manejo de gas Buena Buena Excelente
Manejo de slidos Pobre Excelente Pobre - Buena
Densidad del fluido [API] 15 35 8Aplicacin costa fuera Buena Buena Excelente
Principio de funcionamiento
Motor de
fondo
Unidad sup o
de fondo
Energa del pozo