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Bombeo Neumático
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Sistemas Artificiales de Producción
BombeoNeumático
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El Bombeo Neumático Continuo (BNC) es el
sistema artificial de producción más
utilizado en nuestro país, ya que
aproximadamente el 50% de los pozos
productores están operado con este
sistema, es utilizado en pozos con alto
índice de productividad (>0.5 bl/día/psi) y
presiones de fondo altas. El BNC consiste
en inyectar gas a alta presión con la
finalidad de aligerar la columna de fluidos,
reduciendo la presión de fondo del pozo,
Pwf.
Definición
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DefiniciónEl Bombeo Neumático es un método de levantamiento artificial mediante elcua l se inyecta continuamente gas a a lta pres ión para a ligerar la columnahidrostática en el pozo (flujo continuo), o en forma cíclica para desplazar la
producción en forma de tapones de l íquido has ta la superficie (fl ujointermitente) .
Mecanismos involucrados:
• Disminución de la densidad
• Expansión del gas inyectado
• Desplazamiento del líquido
CONTINUO INTERMITENTE
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Los efectos del gas dentro de latuberí a de Producción son:
Reducción de la densidad de lacolumna de fluidos
Expansión del gas conforme lascondiciones de presión cambian a lolargo de la profundidad
Empuje de baches de lí quidocuando las burbujas sonsuficientemente grandes parallenar el diámetro interno de laTP.Reducción de
densidadExpansiónDe Gas
Desplazamiento debaches de líquidopor burbujas de gas
Efecto del gas en la TP
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Definición
En un pozo con flujo natural, cuando el fluido viaja
hacia la superficie, l a presión de la columna de
f lu ido se reduce, e l gas se l ibera de la soluc ión y el
gas l ibre se expande. El gas, s iendo más l igero que
el aceite, lo desplaza, reduciendo la densidad delfluido y el peso de la columna de fluido sobre la
formación.
Esta reducc ión del peso de la columna del f lu ido
produce que la pres ión diferencial entre e l pozo y
el yacimiento ocasione el flujo en el pozo.
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Reseña del Bombeo Neumático Continuo
Al inicio del siglo antepasado, se utilizó el aire como fuente de bombeo
neumático, pero debido a los problemas de corrosión y al peligro
potencial de una explosión por las mezclas de gases formados, se optopor utilizar gas natural. Actualmente el gas natural continúa siendo la
fuente principal del bombeo neumático a pesar de que se ha utilizado el
nitrógeno en algunos casos. En ciertas ocasiones se ha mal interpretado
el concepto del gas utilizado para bombeo neumático, suponiendo que el
volumen comprimido diariamente para este fin, es acumulado durante
todo el año; lo cual es incorrecto, ya que este volumen solo se recircula
durante la vida del proyecto, por lo que la operación del bombeo
neumático no requiere de excedentes de gas.
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Bombeo Neumático Continuo
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Carl Emamanuel Loschers (Ingeniero Minero Alemán) aplicó airecomo un medio para elevar líquido en experimentos de laboratorio en1797.
La primera aplicación práctica del Bombeo Neumático Continuo conaire fue en 1846, cuando un americano llamado Crockford produjo
aceite en algunos pozos de Pennsylvania.
La primera patente en Estados Unidos para Bombeo Neumático congas, llamado “eyector de aceite” fue otorgado a A. Brear en 1865.
Reseña del Bombeo Neumático Continuo
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Reseña del Bombeo Neumático Continuo
1864-1900: En este periodo se produce mediante la inyección de
aire comprimido a través del espacio anular o de la tubería de
producción. Empleando este método en varias minas inundadas.
1900-1929: Se suscita el “boom” del empleo de aire en el área de la
costa del golfo para el BNC.
1929-1945: En este periodo se otorgan patentes a cerca de 25,000
válvulas de flujo diferentes. Se presentan gastos más eficientes,
causados por el desarrollo de estas válvulas. Ya se emplea el gas
natural como gas de BNC
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Reseña del Bombeo Neumático Continuo
1945 al presente: Desde el fin de la segunda guerra mundial las
válvulas operadas por presión han reemplazado prácticamente a todos
los demás tipos de válvulas de Bombeo Neumático.
1957: Introducción de válvulas de Bombeo Neumático recuperables
con línea de acero.
1980. Inyección con Nitrógeno y válvulas eléctricas.
1990. BNC con tubería flexible y motocompresores a boca de pozo
(México).
2000 al presente: se esta empleando el BN en terminacionesinteligentes.
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V á l v u l a s
P l a n t a
d e C o m p r e s i ó n
G a s
d e A l t a P r e s i ó n
M a n d r i l e s
BNC
Infraestructura BNC
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Válvulas y Mandriles
Inyección Gas Alta Presión
CHP
THP
Planta de Compresión
Infraestructura BNC
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Ventajas
Desventajas
BNC
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Pocos problemas al manejar gran volumen de sólidos
Manejo de grandes volúmenes en pozos con alto IP
Muy flexible para cambiar de continuo a intermitente
Discreto en localizaciones urbanas
Fuente de poder ubicable, alejado de la localización
Sin dificultad para operar pozos con alta RGL
Reacondicionamientos con unidad de “Wireline”
Opera en pozos con terminaciones desviadas
La corrosión usualmente no es adversa
Aplicable en costa afuera
Ventajas BNC
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Formación de hidratos y congelamiento del gas
Problemas con líneas de superficie obstruidas
Experiencia mínima necesaria del personal
Dificultad para manejar emulsiones
Disponibilidad del gas de inyección
La TR debe de resistir presiones elevadas
Emulsión: Es una mezcla de dos líquidos inmiscibles de maneramás o menos homogénea (aceite – agua)
Desventajas BNC
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Presión en la tubería de revestimiento y línea
de descarga
Profundidad de inyección
Tamaño de la TR, TP y LD
Profundidad, presión y temperatura del
yacimiento
Índice de Productividad del pozo
% de agua
Rs y gas libre en el fluido producido
Presión de separación
Desviación del pozo
Factores que afectan al BNC(Considerar en el diseño-operación)
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Suministro de gas
Distribución del sistema de gas de
BNC
Medición y control del gas de
inyección
Muestreo, pruebas y manejo de los
fluidos producidos
Casos de diseños especiales
Otras consideraciones
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Resistente a corrosión Excelente con el manejo de sólidos Utiliza sistemas de compresión Eficiencia del sistema 10%-30%
70º radio debajo a medio0-50ºDesviación
400oF100-250oFTemperaturas
30,000 BPD100-10,000 BPDVolumen
5,000 m1,000-3,000 mProfundidad
MáximoRango Típico
Injection
Gas In
SidePocketMandrel with
Gas Lift Valve
Completion
Fluid
SidePocketMandrel with
Gas Lift Valve
SingleProduction
Packer
SidePocket
Mandrel withGas Lift Valve
Rangos de aplicación
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El sistema consiste de cuatro partes fundamentales:
1. Fuente de gas a alta presión: Estación de compresión,pozo productor de gas a alta presión o compresor a
boca de pozo.2. Un sistema de control de gas en la cabeza del pozo,
válvula motora controlada por un reloj o unestrangulador ajustable (válvula de aguja).
3. Sistema de control de gas subsuperficial (válvulas deinyección).
4. Equipo necesario para el manejo y almacenamiento delfluido producido.
Bombeo Neumático
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Bombeo Neumático Continuo
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Tipos de diseño para BN
Hay dos tipos de diseño en la operación de los sistemas de BN:
1. Para instalación de flujo continuo.
2. Para instalación de flujo intermitente.
Flujo continuo: inyección controlada de gas.
Flujo intermitente: flujo bache.
CONTINUO INTERMITENTE
Válvulas
B.N. Cont inuo: Apertura var iable
B. N.Intermitente: Asiento Amplio
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Para el diseño del aparejo de válvulas de flujo continuo setoman en cuenta las siguientes condiciones:
•Profundidad del intervalo productor.
•Diámetro de la tubería de producción.•Diámetro de la tubería de revestimiento.•Presión de gas disponible.• Volumen de gas disponible.• Volumen de fluido por recuperar.•Gradiente de presión estática.•Gradiente de presión fluyendo.
Bombeo Neumático Continuo
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Mecanismo de las válvulas subsuperficialesdel Bombeo Neumático
Válvulas sensibles a una determinada presión actuando en la TP (Pt) o en la TR (Pc).
Generalmente son clasificadas por el efecto que la presión tiene sobre laapertura de la válvula.
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Válvulasde
Bombeo Neumático(fundamentos)
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Componentes de las válvulas de BNUna válvula de BN estácompuesta de:
•Cuerpo de la válvula
•Elemento de carga (resorte,gas o una combinación de
ambos)•Elemento de respuesta a
una presión (fuelle demetal, pistón o diafragmade hule)
•Elemento de transmisión(diafragma de hule ovástago de metal)
•Elemento medidor (orificio oasiento)
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Clasificación de las válvulas de BN
Las válvulas de Bombeo Neumático se clasifican en:
a) Válvulas desbalanceadas.
b) Válvulas balanceadas.
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Válvulas desbalanceadasSon aquellas que tienen un rango de presión
limitado por una presión de apertura y poruna presión inferior de cierre.Este tipo de válvulas se divide en:
a) Válvula operada por presión del gas
de inyección (válvula de presión).
Sensible a la presión en TR.
b) Válvula reguladora de presión (válvula
proporcional). Sensible a la presión en
TR o TP (cierre).
c) Válvula operada por fluidos de la
formación. Sensible a la presión en
TP.
d) Válvula combinada. Sensible a lapresión en TP (apertura) y TR (cierre)
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PcAb
Pd
PtAp
Pc
AbPd
PtAp
CERRADA
ABIERTA
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a) Válvula desbalanceada operada po r l apresión del gas de inyección
Generalmente se conoce como válvula de
presión.
Se requiere un aumento de presión en el
espacio anular para abrir y una reducción
de presión en la TR para cerrar la válvula.
Dos conceptos importantes:
1.Presión de apertura de la válvula
bajo condiciones de operación.
2.Presión de cierre de la válvula bajo
condiciones de operación.
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c) Válvula desbalanceada operada por fluidos de laformación (presión en la TP)
Esta válvula requiere un
incremento en la presión de
la TP para abrir y una
reducción en la presión de la
TP para lograr el cierre.
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Válvula desbalanceada
DIFERENCIASOperada por el gas de inyecciónOperada por el fluido de formación
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Clasificación de las válvulas de BN
Las válvulas de Bombeo Neumático se clasifican en:
Válvulas desbalanceadas.
Válvulas balanceadas.
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Este tipo de válvula no está influenciada por la presión enla TP cuando está en la posición cerrada o en la posiciónabierta.
La presión en la TR (Pc) actúa en el área del fuelle durante todo el tiempo . Esto significa que la válvula cierra y abre al a misma presión (presión de domo).
Este tipo de válvulas abren y cierran a la misma presión.
Controladas 100% por la presión de inyección.
La amplitud (Spread) es cero
Válvulas balanceadas (operadas porpresión en la TR)
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Válvulas balanceadas (operadas por presiónen la TR)
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Válvulas balanceadas (operadas porpresión en la TR)
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Bombeo neumático intermitente
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Bombeo neumático intermitente
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Bombeo neumático intermitente
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Bombeo neumático intermitente
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Básicamente existen dostipos de bombeointermitente:
Punto único de inyección.-Todo el gas se inyecta a
travésde la válvula operante.
Punto múltiple de inyección.-La expansión del gas actúasobre el bache de aceite,empujándolo hacia unaválvula posterior por mediode otra válvula que seencuentra inmediatamentedebajo del bache.
Bombeo neumático intermitente
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Válvulas para bombeo neumáticointermitente
CONSIDERACIONES:
1.- Para el bombeo neumático intermitente es básicoutilizar válvulas con sección piloto (válvula piloto), yaque se requieren diámetros de puerto amplio.
2.- Se emplea un controlador del tiempo de ciclo ensuperficie.
3.- Se emplea una válvula motora en superficie.
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• CONTROLADOR DEL TIEMPO DECICLO:
El controlador de ciclos es un controlador electrónico que tiene como funciónc on tr ol ar l a ap er tu ra y c ier re d e l a(s )válvula(s) d e con tr ol, según unaprogramación de tiempo predeterminada.
• Existen tres tipos de controladores quepermiten controlar el ciclo de la válvulamotora de la línea de flujo y los cuales son:el controlador de tiempo de ciclo, elcontrolador de presión y el controlador electrónico.
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VÁLVULA DE CONTROL O MOTORAEs un equipo de control en superficie que opera de manera automática por
un controlador del tiempo de ciclo de inyección de gas.
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Clasificación de las válvulas
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DIAGNÓSTICODE
FALLAS DEL BN
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Diagnóstico de Fallas
Mediante el análisis de las presiones superficiales en lastuberías de revestimiento y producción, se puedendiagnosticar muchos problemas.
Este análisis permite corregir problemas existentes sinnecesidad del empleo de registros subsuperficiales o de larealización de reparaciones al aparejos de producción.
Las gráficas empleadas pueden utilizarse para el análisis deinstalaciones de bombeo neumático continuo e intermitente.
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Diagnóstico de Fallas
Una instalación de BN siempre debe contarcon un registrador de presión.
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TOMA DE LA PRESIÓN EN TP
TOMA DE LA PRESIÓN EN TR
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Diagnóstico de Fallasen el fondo
Es posible determinar:
a) Secuencia de la descarga del pozo.
b) Operación de la válvula operante.
c) Fugas en el aparejo de producción.
d) Incremento excesivo de la presión en la TR durante la
inyección.
e) Apertura de una o más válvulas por ciclo de inyección.
f) Apertura y cierre de la válvula operante en flujo continuo.
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Diagnóstico de Fallasen la superficie
Con las presiones superficiales en TR yTP se pueden determinar también:
a) Fugas en el asiento de la válvula
motora del control de tiempo en el BNI.
b) Fallas mecánicas del sistema de
relojería en el BNI.
BOMBEO NEUMÁTICO INTERMITENTE
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Diagnóstico de Fallasen la superficie
Con las presiones superficiales en TR y TP se puedendeterminar también:
c) Congelamiento en la línea de inyección de gas.
d) Pérdidas de presión en la línea de inyección.
e) Volumen de gas de inyección inadecuado en el sistema.
f) Excesiva contrapresión en la cabeza del pozo.
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