02_Descripción Del Equipo Sub-superficial Del Sistema

Material modificado del original del Ing. Daz Zertuche

BOMBEO NEUMBOMBEO NEUMTICOTICOEquipo Equipo subsuperficialsubsuperficial

SISTEMAS SISTEMAS ARTIFICIALES DE ARTIFICIALES DE

PRODUCCIPRODUCCINN


COMPONENTES DEL SISTEMA DE COMPONENTES DEL SISTEMA DE BOMBEO NEUMBOMBEO NEUMTICOTICO

IntroducciIntroduccinn


VVLVULAS DE BOMBEO LVULAS DE BOMBEO NEUMNEUMTICOTICO

FUNCIN: La principal funcin de estas vlvulas es la de controlar la cantidad de gas que se inyecta para levantar un bache de fluido a travs de las presiones de cierre y apertura, aunque tambin tienen la funcin de inyectar gas para descargar el fluido de control utilizado en la reparacin del pozo. Tambin sirve para no permitir el paso de fluidos del pozo hacia l.

Una de sus grandes ventajas es que, tiene el mnimo de partes mviles con lo cual su vida til es muy grande. Existen diversos tipos de vlvulas para B.N, de acuerdo a la aplicacin y funcin para la que se desee usar.



VVLVULAS DE BOMBEO LVULAS DE BOMBEO NEUMNEUMTICOTICO

Las funciones principales de las vlvulas de bombeo neumtico son: Descargar los fluidos de control del pozo. Inyectar un volumen de gas, controlado, en un punto ptimo de la tubera de produccin.Crear la presin de fondo fluyendo necesaria para que el pozo pueda producir el gasto de produccin deseado.CONSIDERACIONES:1.- Para el bombeo neumtico intermitente es bsico utilizar vlvulas con seccin piloto, ya que se requieren dimetros de puerto amplio.2.- Es posible utilizar para BNI vlvulas sin seccin piloto, solo que se tiene que utilizar controlador de ciclos en superficie.



MANDRILES PARA VMANDRILES PARA VLVULAS DE LVULAS DE BOMBEO NEUMBOMBEO NEUMTICOTICO

FUNCIN: Tiene como funcin el de ser un medio para mantener la vlvula dentro del pozo, permitiendo la entrada de gas desde el espacio anular.CONSIDERACIONES:1.- Los mandriles de bolsillo son los ms utilizados actualmente, ya que estos permiten introducir y recuperar las vlvulas con herramienta de lnea de acero dentro del pozo.2.- Con los mandriles convencionales, no es posible introducir ni recuperar vlvulas de bombeo neumtico con herramienta de lnea de acero dentro del pozo.



Los diversos fabricantes han dividido en categoras a las vlvulas de BN dependiendo de la sensibilidad que tiene la vlvula a una determinada presin actuando en la TP (Pt) o en la TR (Pc).Generalmente son clasificadas por el efecto que la presin tiene sobre la apertura de la vlvula. Esta sensibilidad est determinada por la construccin del mecanismo que cierra o abre la entrada de gas.

MECANISMO DE LAS VMECANISMO DE LAS VLVULAS LVULAS SUBSUPERFICIALES DE BNSUBSUPERFICIALES DE BN


Normalmente la presin a la que se expone una vlvula la determina el rea del asiento de sta.Cuando el rea del elemento de respuesta es grande comparada con el asiento de la vlvula, sta es relativamente insensible a la presin en la TP; debido a esto, el efecto de la columna de lquido en la TP para abrir la vlvula es pequeo.




RESORTE

DIAFRAGMA

CUERPO

PRESIN CORRIENTE ABAJOPRESIN CORRIENTE ARRIBA

VSTAGO

PUERTO

BOLA

RESORTE

DIAFRAGMA

CUERPO

PRESIN CORRIENTE ABAJOPRESIN CORRIENTE ARRIBA

VSTAGO

PUERTO

BOLA



DOMO

Presin de TP

Presin de TR

FUELLE

ASIENTO

VASTAGO

DOMO

Presin de TP

Presin de TR

FUELLE

ASIENTO

VASTAGO


Una vlvula de BN estcompuesta de:Cuerpo de la vlvulaElemento de carga (resorte, gas o una combinacin de ambos)Elemento de respuesta a una presin ( fuelle de metal, pistn o diafragma de hule)Elemento de transmisin (diafragma de hule o vstago de metal)Elemento medidor (orificio o asiento)

COMPONENTES DE LAS COMPONENTES DE LAS VVLVULAS DE BNLVULAS DE BN

Ptpresin en

TP

Aprea de asiento

ESPACIO ANULARESPACIO ANULAR

Pc, presin en TR

Fuelle (elemento de respuesta)

Domo (elemento de carga)

Vstago (elemento de transmisin)

Cuerpo de la vlvula


CLASIFICACICLASIFICACIN DE LAS N DE LAS VVLVULAS DE BNLVULAS DE BN

Las vlvulas de BN se clasifican en:

a) Vlvulas balanceadasb) Vlvulas desbalanceadasc) Vlvulas para bombeo continuod) Vlvulas para bombeo intermitentePara algunas personas la clasificacin de vlvulas balanceadas y desbalanceadas ya no tiene mucha validez, ya que actualmente en la industria solo se fabrican vlvulas de tipo desbalanceadas.


a) Vlvulas balanceadas (operadas por presin en la TR)

Este tipo de vlvula no est influenciada por la presin en la TP cuando est en la posicin cerrada o en la posicin abierta.La presin en la TR (Pg) acta en el rea del fuelle durante todo el tiempo. Esto significa que la vlvula cierra y abre a la misma presin (presin de domo) y su amplitud es cero.



POSICIN POSICINCERRADA ABIERTA

Pvo = PbtPvc = Pbt


Vlvulas balanceadas(Tipo fuelle)

Pbt = presin interna del domoPvo = presin de apertura

Pvc = presin de cierre

Nota: Las presiones de apertura y cierre de la vlvula equivalen a la presin del gas de inyeccin frente a la vlvula en el momento de abrir o cerrar.


b) Vlvulas desbalanceadasSon aquellas que tienen un rango de presin definido por una presin de apertura y por una presin inferior de cierre, el cual es determinado por las condiciones de trabajo del pozo; es decir, este tipo de vlvulas abren con una presin determinada y cierran con una presin ms baja. Este tipo de vlvulas se divide en:b.1) Vlvula operada por presin del gas de inyeccinb.2) Vlvula operada por fluidos de la formacin



b.1) Vlvula desbalanceada operada por presin del gas de inyeccin

Generalmente se conoce como vlvula de presin; la vlvula es del 50 al 100 % sensible a la presin en la TR en la posicin cerrada y el 100 % sensible en la posicin de apertura.Se requiere un aumento de presin en el espacio anular para abrir y una reduccin de presin en la TR para cerrar la vlvula.




Dado que la vlvula de presin es en su mayor parte sensible a la presin en el espacio anular, entonces tenemos lo siguiente:

Presin de apertura de la vlvula bajo condiciones de operacinLa presin de apertura se define entonces como la presin en la TR requerida para abrir la vlvula actuando bajo condiciones de operacin. Presin de cierre de la vlvula bajo condiciones de operacinLa presin de cierre se define como la presin en la TR requerida para cerrar la vlvula actuando bajo condiciones de operacin.


Vlvula desbalanceada operada por presin del gas de inyeccin (con domo y resorte)

Vlvula cerrada a punto de abrir (Balance de fuerzas):

====

++++

========

====

++++====

++++====

b

v

st

b

v

b

v

t

b

v

btvog

co

vtvbgo

vbstbbtc

AARSi

P

AA

AA

P

AA

PPP

FFAPAAPFAAPAPF

11

)()(

sttbt

vo PRRPPP ++++

====

1Presin de apertura de la vlvula en el

fondo

Pbt = presin interna del domoAb = rea efectiva del fuelle

Pst = presin ResorteAv = rea efectiva del orificio

Pg = presin del gas de inyeccinPt = presin en la TP



Vlvula abierta a punto de cerrar (Balance de fuerzas):

)1(

)(

b

vstbtvcg

co

bgo

vbstbbtc

AAPPPP

FF

APF

AAPAPF

++++========

====

====

++++====

)1( RPPP stbtvc +=Presin de cierre de la

vlvula en el fondo




CLASIFICACICLASIFICACIN DE LAS N DE LAS VVLVULAS DE BNLVULAS DE BNVlvula desbalanceada operada por presin del gas de

inyeccin (con domo y resorte)


b

ptdo A

ARdonde

RRPPP =

=

1


Pd = presin interna del domoPt = presin del tubing

Presin de apertura para una vlvula operada nicamente con

domoHaciendo un balance de fuerzas cuando la vlvula est en la posicin cerrada, a unos instantes antes de tener su apertura, se obtiene la ecuacin que define la presin en la TR requerida para abrir la vlvula :


Para determinar el efecto que tiene la presin en la TP para abrir la vlvula, se utiliza la ecuacin anterior de la siguiente forma:

Ntese que la presin de la TP se resta de la presin en la TR, que es la presin necesaria para abrir la vlvula. Esto es, a medida que la presin en la TP se incrementa, la presin en la TR requerida para abrir la vlvula decrece.

RRP

RPP tdo

=

11



Presin de cierre para una vlvula operada nicamente con domo

Haciendo un balance de fuerzas cuando la vlvula est en la posicin abierta a unos instantes antes de tener su cierre, la ecuacin que define la presin en la TR requerida para cerrar la vlvula de presin bajo condiciones de operacin es:

Pc = Pd


Pd = presin interna del domoPc = presin del gas de inyeccin


b.2) Vlvula desbalanceada operada por fluidos de la formacin (presin en la TP)

La vlvula operada por fluidos de la formacin es 50 a 100 % sensible a la presin en la TP en la posicin cerrada y 100 % sensible a la presin en la TP en la posicin abierta.Esta vlvula requiere un incremento en la presin de la TP para abrir y una reduccin en la presin de la TP para lograr el cierre.



Vlvula desbalanceada operada por fluidos de la formacinVlvula cerrada a punto de abrir

vgvbto

vbstbbtc

APAAPFAAPAPF

+=

+=

)()(

stgbt

vot PRRPP

PP +

==1

Vlvula abierta a punto de cerrar

bto

vbstbbtc

APFAAPAPF

=

+= )(

)1( RPPPP stbtvct +==






Este tipo de vlvulas debe ser sensible a la presin en la TP cuando est en la posicin de apertura, es decir, responder proporcionalmente al incremento y decremento de la presin en la TP. Cuando la presin decrezca, la vlvula debe empezar a regular el cierre para disminuir el paso del gas. Cuando la presin en la TP se incrementa, la vlvula debe regular la apertura en la cual se incrementa el flujo de gas a travs de la misma. Estas respuestas de la vlvula mantienen estabilizada la presin en la TP o tienden a mantener una presin constante.


PRESIN EN LA TUBERA, Pt

RAN

GO

DE

FL

UJO

, Qo

55

33

22

11

44

1. PRESIN DE APERTURA2. PVC , PRESIN DE CIERRE (INICIA EL CONTROL DE FLUJO)3. LMITE DEL RANGO DE CONTROL4. MXIMO FLUJO5. Pc, PRESIN DE CIERRE

c) Vlvulas para bombeo continuo


Amplitud de las vlvulas (Spread)La diferencia entre las presiones de apertura y de cierre de unavlvula es llamada Amplitud de la vlvula. Para determinar esta amplitud, la presin de cierre se resta de la de apertura, es decir:

Donde el trmino es llamado Factor de efecto de tuberade produccin

RRTEFdondePPTEFPEntonces

RRP

RRPPPPPAmplitud

td

dtdvcvo

==

===

1),(

1)1(

1


RR1

Pd = presin interna del domoPt = presin en la TP


d) Vlvulas para bombeo intermitenteCuando se tiene un pozo operando con bombeo neumtico intermitente es conveniente utilizar, hasta cierto grado, una vlvula de B.N. con puerto grande, debido a esta necesidad se desarroll la vlvula piloto. El puerto grande es usado para conducir el gas cuando la vlvula abre. El puerto puede ser tan grande como sea posible hacerlo mecnicamente y no tiene que cambiarse para modificar la amplitud. En esta vlvula el puerto pequeo es llamado orificio de control y el puerto grande, para el suministro del gas, es conocido como orificio motriz.



La seccin de control es la de una vlvula desbalanceada. La presin de la tubera de produccin y de revestimiento actan en la seccin de control. Cuando la vlvula de control abre, la vlvula motriz abre y cuando cierra, la vlvula motriz cierra. El gas fluyendo a travs de la pequea apertura de la seccin de control acta en el pistn de la vlvula motriz para abrirla. Cuando la vlvula de control cierra, un resorte regresa la vlvula motriz a la posicin cerrada.

Pc

Ab

Pc

Ap

Pt

Pd

Ab

Pc

Pt

Pd

Ab

Pt

Pd

POSICINCERRADA PREPARACIN

POSICINABIERTA

VLVULA CON SECCIN PILOTO


d) Vlvulas para bombeo intermitente


ELECCIELECCIN DE TIPO DE N DE TIPO DE VVLVULA A UTILIZARSE LVULA A UTILIZARSE

1.- Mecanismo de empuje en el yacimiento. En yacimientos con fuerte empuje de agua el flujo es muy inestable.2.- Si el pozo se encuentra en el lmite para ser operado con BNC, entonces se puede utilizar una vlvula de doble propsito (BNC y BNI).3.- Definir si es conveniente tener un solo punto de inyeccin, o si es recomendable tener mltiple punto de inyeccin (pozos con empuje de agua).4.- Verificar la conveniencia de utilizar vlvulas operadas por la presin del fluido (cuando se tiene una aportacin variante).5.- En pozos con un gradiente de descarga alto, quizs sea recomendable utilizar vlvulas balanceadas arriba de la vlvula operante.6.- Para bombeo neumtico intermitente siempre se debe utilizar vlvulas con seccin piloto.


El tipo de instalacin est condicionada por la decisin de hacer producir un pozo con bombeo neumtico continuo o intermitente. Las vlvulas estn diseadas de modo que funcionen como un orificio de apertura variable para el caso de BNC, dependiendo de la presin de la TP; o bien, pueden tener un asiento amplio y suministrar un volumen de gas rpidamente a la TP para desplazar el bache de lquido para el caso de BNI.Las caractersticas del pozo, el tipo de terminacin, as como la posible produccin de arena y la conificacin de agua y/o gas son condiciones de vital importancia que influyen en el diseo de una instalacin.

ELECCIELECCIN DE TIPO DE N DE TIPO DE VVLVULA A UTILIZARSE LVULA A UTILIZARSE


PROBADOR PROBADOR DE DE

VVLVULASLVULASPst

VLVULA DEPURGA MANMETRO

GAS A ALTA PRESIN

PRESINATMOSFRICA


Factor de correccin para el nitrgeno

Normalmente las vlvulas de bombeo neumtico operan con un fuelle cargado de gas nitrgeno.Se debe corregir la presin de calibracin en el taller, ya que a mayor temperatura la presin del fuelle se incrementa.Pcorreg= Pfuelle * CtCt= 1/(1+.00215*(Tv-60))Tv= FEjemplo: Con la presin de calibracin de la vlvula que abrira 1050 psi a 160 F, calcular la presin a la que se debe calibrar en el taller esta vlvula a 60 F

DOMO

Presin de TP

Presin de TR

FUELLE

ASIENTO

VASTAGO

DOMO

Presin de TP

Presin de TR

FUELLE

ASIENTO

VASTAGO


OPERACIOPERACIN DE SISTEMAS N DE SISTEMAS DE BNCDE BNC

El xito o fracaso de cualquier instalacin de BN radica casi exclusivamente en el personal que la maneja.Aunque las vlvulas de BN se han perfeccionado al grado de que son por lo menos parcialmente automticas, las instalaciones requieren estrecha vigilancia tanto en la etapa de descarga como durante el periodo de ajustes, hasta que la inyeccin del gas se haya regulado debidamente.


NOMENCLATURANOMENCLATURA

Ab = rea efectiva del fuelle, [pg2]Av = rea efectiva del orificio de la vlvula, [pg2]T = temperatura base de calibracin de las vlvulas en el probador a 60 u 80 [F]Tv = temperatura de operacin de la vlvula dentro del pozo, [R]Z = factor de desviacin del gas utilizado en el domo de la vlvula @ Pb y TZv = factor de desviacin del gas utilizado en el domo de la vlvula @ PbT y TvPg = presin del gas de inyeccin en el espacio anular frente a la vlvula, [psi]Pt = presin en la TP frente a la vlvula, [psi]Pso = presin del gas de inyeccin en la superficie para abrir la vlvula, [psi]Psc = presin del gas de inyeccin en la superficie para cerrar la vlvula, [psi]


Pvo = presin del gas de inyeccin frente a la vlvula en el momento de abrir, [psi]

Pvc = presin del gas de inyeccin frente a la vlvula en el momento de cerrar, [psi]

Pbt = presin interna del domo de la vlvula a la temperatura de operacin, [psi]Pb = presin interna del domo de la vlvula a la temperatura base, [psi]Po = presin de apertura de la vlvula en el probador a la temperatura base, [psi]Pc = presin de cierre de la vlvula en el probador a la temperatura base, [psi]Pst = presin equivalente causada por la fuerza del resorte aplicada sobre el

rea (Ab - Av), [psi]

NOMENCLATURANOMENCLATURA

02_Descripción Del Equipo Sub-superficial Del Sistema

Documents

Transcript of 02_Descripción Del Equipo Sub-superficial Del Sistema