Bombeo electrosumergible!!
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1
BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE
Ana Isabel SalcedoRodolfo Rincón GarcíaDalgys Lorena Zapata
MÉTODOS DE PRODUCCIÓNM.SC. FERNANDO CALVETE
2
INTRODUCCION
Emplea energía eléctrica
convertida en energía
mecánica para levantar el
fluido.
Ha demostrado que es
un sistema
eficiente.
Son Bombas
Centrifugas multi-
etapas.
INTRODUCCION
3
Inventor: Armais Arutunoff 1910 Hace sus primeros experimentos en Bakú. 1919 Viaja a Alemania a adquirir mas conocimientos y desarrollar sus ideas. 1923 Se estable en Estados Unidos. 1926 Fue emitida la patente que recibió en EEUU y se realiza la primera instalación exitosa de un equipo ESP en Kansas en el campo El Dorado. 1928 Se traslada a Oklahoma creando la Bart Manufacturing Co., luego, 1930 Reorganizada como REDA Co.
Actualmente Actualmente esta técnica se implementa en importantes campos en Colombia como Caño Limón y Cantagallo.
INTRODUCCION
4
Se cree que hoy aproximadamente el 10% de todo el petróleo del mundo es producido con ESP.
Fuente: Schlumberger de artificial lift
INTRODUCCION
5
100-10000 BPD Max:
15000 BPD
Manejan grandes
volúmenes.
Hasta 400ºF
Alto índice de productivida
d
Alto GLR y Bajo GOR
Pozos: Horizontales, verticales
y desviados.
GENERALIDADES
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PRINCIPIO FÍSICO
7
Energía CinéticaImpulsor
Difusor Energía de Flujo (Presión)
Descarga de la Bomba! Presión Acumulada de las etapas de la
bomba…
Energ í a=Pdiná mica+Pest á tica=cte
PRINCIPIO FISICO
8Fuente: Schlumberger-Artifical Lift
PRINCIPIO FISICO
9
DESCARGA DE LA BOMBA
Presión de Altura de Pozo
Presión Hidrostática neta
Caídas de Presión por fricción
Perdidas de presión en el trayecto de flujo a la rata de producción actual.
La presión en términos de altura equivalente se calcula con la siguiente relación:
∆ h𝑓𝑟=0.2083( 100𝐶 )1.85 𝑞1.85
𝐼𝐷4.86
Las perdidas por fricción también se pueden calcular por medio del grafico de Hazen-Williams para varios diámetros de tubing y casing API5
PRINCIPIO FISICO
10
PRINCIPIO FISICO
11
RENDIMIENTO DE LA BOMBA
Altura desarrollada por
la bomba
Pérdidas hidráulicas
Pérdidas de choque
Pérdidas de fuga
Potencia Requerida y Potencia Consumida Eficiencia
Se calculan ciertas variables y se grafican para saber su relación con la tasa de flujo.
020
0040
000
5
10
15
20
25
30
Curva teórica
Pérdidas Hidráu-licas
Pérdidas de choque
Curva H-Q
Tasa de flujo BPD
Alt
ura
de
sa
rro
llad
a f
t
0 1000 2000 3000 40000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Potencia requerida
Pérdidas en el cojine-te
Pérdidas de fricción en el disco
Pérdidas por fuga
Pérdidas por fricción
Potencia consumida
Tasa de flujo BPD
Po
ten
cia
HP
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000
10
20
30
40
50
60
70
Eficiencia
Tasa de flujo BPD
Efi
cien
cia
%
PRINCIPIO FISICO
12
DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS
13
BES
Superficie
Cabezal
Cable de superficie
Tablero de Control
Transformador
Fondo
Motor Eléctrico
Protector
Sección de Entrada
Bomba Centrífuga
Cable conductor
Otros
Sensores de P y T
Dispositivos de
control
Separador de Gas
Válvula de drenaje
Válvula de contrapresi
ón
DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS
14
DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS
15
MOTOR
• La profundidad de colocación del aparejo es un factor determinante en la selección del voltaje en el cable.
V x I x 1.73 x FP
POTENCIA (HP) = ______________ 746
V = Voltios en el borne del motorI = Intensidad de corriente en amperios.FP = Factor de potencia.
DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS
16
PROTECTOR O SELLO
Conecta la carcasa de la bomba con el
motor.
Evita contaminación
del aceite lubricante con el
fluido.
Aloja un cojinete que absorbe el
empuje axial.
Proveer un sello y equilibrar las
presiones interna y externa.
Transmitir el torque del
motor hacia la bomba, a través
del eje del protector.
DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS
17SEPARADOR DE GAS
Reduce los efectos en
la disminució
n de la capacidad de carga.
Evita cavitación
.
Desvía el gas hacia el anular.
DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS
18
BOMBA ELECTROSUMERGI
BLEEl tamaño de etapa El volumen que
se produzca
La presión que la bomba genera Del numero
de etapas
Del numero de etapas Potencia Requerida
DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS
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TIPOS DE BOMBAS
Impulsores Flotantes
Se mueven axialmente a lo largo de la flecha y pueden descansar en empuje ascendente o descendente, estos empujes los absorbe un cojinete en la sección sellante.
Impulsores Fijos
No pueden moverse y el empuje desarrollado por los impulsores los amortigua un cojinete en la sección sellante.
La presión desarrollada por una bomba centrifuga sumergible, depende de la velocidad periférica del impulsor y es independiente del peso del liquido bombeado.
DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS
20
CABLE CONDUCTOR
• El tamaño del cable es determinado por el amperaje, el voltaje del motor y el espacio disponible entre las tuberías de producción y revestimiento.
• La resistencia es directamente proporcional a la longitud del conductor.
CONDUCTOR ARMADURA METALICA
CHAQUETA AISLAMIENTO
BARRERA PROTECTORA
R = ß x L x Aß = Resistencia especifica del conductorL = LongitudA = Área seccional.
DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS
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DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS
22
DISEÑO “EJEMPLO”
DISEÑO
23
Parámetros de
Diseño
Capacidad de
producciónCálculos de
Gas
Cabeza Dinámica
Total
Selección de Bomba
Electro Sumergible
.Tamaño
optimo de los
componentes.
Selección del Cable Eléctrico
Profundidad de la Bomba.
Fuentes de energía
disponibles.
Capacidad del Equipo Eléctrico.
DISEÑO
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EJEMPLODatos del Pozo - Diámetro del casing: 7’’, 23 Lpp- Diámetro del tubing: 2 7/8’’, 6,5 lpp- Intervalos perforados (MPP): 7500ft, TVD- Profundidad de pozo (TVD):
Condiciones del fluido del pozo - Gravedad específica del gas: 0,67- Gravedad específica del agua:1,07- Grados API del aceite: 35º- Presión de burbuja:630 psi- Viscosidad del aceite. - Factor de compresibilidad del gas: 0,88- Factor volumétrico del aceite: 1,05 Bb/STB- Factor volumétrico del agua: 1 Bb/STB
Datos de producción - Presión en cabeza de pozo: 200 psi- Rata de producción: 1900 BPD- Nivel estático de fluido y/o presión estática
de fondo de pozo: 2750 psi- Temperatura de fondo de pozo (BHT): 210ºF- Relación Gas – Petróleo (GOR): 110 scf/STB- Corte de agua (Wc):50%- Posibles problemas- Corrosión- Escamas- Producción de arena.
DISEÑO
25
TDH = Hd + Ft + Pd
Donde:Hd = distancia vertical en pies (metros) entre la cabeza del pozo. FT = Cabeza requerida para superar la pérdida por fricción en la tubería, medida en pies.Pd = la cabeza requerida para superar la fricción en la tubería de superficie, las válvulas y conexiones.
CABEZA DINAMICA TOTAL
TDH = 4283 ft + 350ft + 481,25TDH = 5114,25 ft
DISEÑO
26
Gas libre <10%
Calculo de numero de etapas, tamaño optimo del motor y analizar las limitaciones:
TDH: Carga dinámica total [m].Elevación por etapas [m/etapa]
Potencia requerida en la bomba:
% Gas Libre = 1,95
Total etapas T= 120Total etapas R =131
HP = 153,27 HP
DISEÑO
27
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000
500
1000
1500
2000
2500
3000
---- A la profundidad de la Bomba --- Yacimiento
Pwf Qo2750 02250 7501750 15001250 2250
750 3000250 3750
0 4125
Pwf Qo2550 02000 8251450 1650
900 2475350 3300
0 3825
DISEÑO
IPR
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SELECCIÓN DE LA BOMBA
La bomba seleccionada deberá ser aquella en que el caudal teórico a extraer (2310 BPD) se encuentre entre los limites óptimos de trabajo de la misma y cerca de la máxima eficiencia.
Para este caso seleccionaremos una bomba:REDA GN 2500, 131 etapas, CR, CT, RA, ES
De las curvas de performance de la bomba se obtiene:
EPE( Elevación por etapa)=42,5 ft/EtapaHP/etapa=1,71Eficiencia Energética= 61,97%
DISEÑO
29
SELECCIÓN DEL CABLE
La selección del mismo se realiza teniendo en cuenta la corriente máxima consumida y que la caída de voltaje sea inferior a aproximadamente 10 volt/100m.
Para una corriente de 65 A y caída de 19,2 V/1000 ft seleccionamos un Cable #2. Resistente a la corrosión (Redalead ELB); Armadura Monel; 4KV; 2/7; con capilar para inyección de química en fondo; Longitud 7000 pies.
DISEÑO
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SELECCIÓN DEL TABLERO Y DEL TRANSFORMADOR
Potencia disponible es de 13,8 KV
De 13800V @ 480V
KVA@sup = (1732*(Vsup)*Amotor)/1000KVA@sup = (1732*2026,5*65)/1000KVA@sup = 228,14 KVA
Fuente: SCHLUMBERGER-WCP-Artificial Lift System
VSD: 260 KVA
DISEÑO
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ANALISIS FINANCIERO
32
A continuación se muestran los resultados de la instalación de un sistema de levantamiento artificial.
Por otra parte tenemos:Precio del barril: 60 USD/BarrilLifting Cost: 10 USD/Barril
PARAMETROS
Capacidad (BPD) 2130
BHP (HP) 184
Carga (Ft) 5114,25
Eficiencia (%) 62
ANALISIS FINANCIERO
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Tiempo [mes]
Qp (BFPD) Qo(STB/D) Qg (KSCF/D) Qw(BLS/D) Ingresos EgresosFlujo de caja
aculativo0 2310 1155 110,88 1155 2079000 367955,28 1711044,72
1 2292,632895 1146,316448 110,0463791146,31644
82063369,60
6 365188,90861698180,69
7
2 2275,396361 1137,69818109,219025
3 1137,698182047856,72
5 362443,33551685413,38
9
3 2258,289414 1129,144707108,397891
91129,14470
72032460,47
3 359718,40421672742,06
8
4 2241,311081 1120,655541107,582931
91120,65554
12017179,97
3 357013,95951660166,01
4
5 2224,460396 1112,230198 106,7740991112,23019
82002014,35
6 354329,84751647684,50
9
6 2207,736397 1103,868199105,971347
11103,86819
91986962,75
8 351665,91531635296,84
2
7 2191,138134 1095,569067105,174630
41095,56906
7 1972024,32 349022,0111623002,30
9
8 2174,66466 1087,33233104,383903
7 1087,332331957198,19
4 346397,98431610800,20
9
9 2158,315037 1079,157518103,599121
81079,15751
81942483,53
3 343793,68561598689,84
8
10 2142,088334 1071,044167 102,820241071,04416
71927879,50
1 341208,96661586670,53
4
11 2125,983628 1062,991814102,047214
11062,99181
41913385,26
5 338643,68011574741,58
5
TOTAL 26602,01634 13301,008171276,89678
413301,0081
7 23941814,7 4237381,97819704432,7
20 2 4 6 8 10 12 142000
2100
2200
2300
2400
Qp
Qp
34
INVERSIONES = WORKOVER + INSTALACION + EQUIPO + TUBERIAINVERSIONES = 40.000 + 50.000 + 670.000 + 60.000INVERSIONES = 820.000 U$D
GANANCIAS NETAS = (QP*U$D*t)GANANCIAS NETAS = ((2310/2)*60*360) GANANCIAS NETAS = 23’941.814,7 U$D
COSTOS = (QP*U$DLc*t)COSTOS = ((2310/2)*10*360)COSTOS = 4’237.381,978 U$D
RENTABILIDAD DEL S.L.A ES:RENTABILIDAD = ( 23’941.814,U$D – 4’23.381,98U$D - 820.000 U$D)RENTABILIDAD = 19’622.432,72 U$D
ANALISIS FINANCIERO
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• Valor presente neto:
Rt: Flujos de efectivo (Ganancias netas – LC)t = periodo de tiempo que va desde 1 hasta ni = interés, en este caso anual (12%)
PAY-BACK
• Pay-Back:
ANALISIS FINANCIERO
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
-5000000
0
5000000
10000000
15000000
20000000
25000000
TR (Pay Back)
TIR207,91%
VAN11.092.152,08
USD
36
FLUIDOS DEL POZO TEMPERATURA
Factores que afectan
el funcionami
ento del sistema
PROBLEMAS Y SOLUCIONES
37
ABRASION
Golpe de ariete
Cavitacion
PROBLEMAS Y SOLUCIONES
38
VENTAJAS • Capacidad para altos volúmenes y
grandes profundidades.• Los costos de levantamiento para
grandes volúmenes son bajas.• Usado en pozos verticales y
desviados.• Se facilita el monitoreo de
presiones y temperaturas de fondo del pozo.
• Poco mantenimiento.• Alta resistencia a los ambientes
corrosivos en el fondo.• Poco impacto en zonas urbanas.
DESVENTAJAS • Es imprescindible la corriente
eléctrica.• Costo Inicial alto.• No es aplicable a
completamientos múltiples.• Los cables se deterioran al estar
expuestos a altas temperaturas.• No es recomendable usar cuando
hay alta producción de sólidos.• Con la presencia de gas libre en
la bomba, no puede funcionar.• Cualquier daño en la unidad se
debe hacer well service.
39
CONCLUSIONES
• ESP ofrece una buena alternativa a la hora de producir un yacimiento, ya que es capaz de extraer grandes volúmenes a bajos costos permitiendo ser utilizado tanto en pozos verticales y horizontales.
• Es necesario el análisis de la mayor parte de datos de diseño, debido a que estos pueden presentar una gran ventaja para evitar problemas y obtener los mayores beneficios, además de garantizar un excelente funcionamiento del equipo.
• Se deben conocer las condiciones extremas de abrasión, corrosión o fluidos con muy baja lubricidad para determinar los materiales especiales a usar.
40
BIBLIOGRAFIA
• REDA – Basic equipment Selection and Catalog
• Centrilift Web Site www.centrilift.com• ESP – Catalog• Petroleum Engineering Handbook. Bradley• Schlumberger Artificial Lift Systems
41
GRACIAS