Bombeo Hidráulico tipo Jet y tipo Piston

BOMBEO HIDRULICO TIPO JETTIPO PISTNPor: Ricardo Jos Canchano Moreno David Alfonso Daz Arcia Andrs Mauricio Londoo Vsquez Presentado a: M.Sc. Fernando Calvete

Fuente: Editado de Weatherford

Universidad Industrial de Santander Escuela de Ingeniera de Petrleos Mtodos de Produccin Bucaramanga 2012 Hydraulic Pump Systems

AGENDA1. INTRODUCCIN 2. PRINCIPIOS FSICOS DEL BOMBEO HIDRULICO TIPO PISTN TIPO JET INSTALACIONES DE SUPERFICIE 3. MODELAMIENTO MATEMTICO DEL PRINCIPIO FSICO 4. DISEO ANLISIS DEL PROYECTO B.H TIPO JET 5. EJEMPLO DE DISEO PROCEDIMIENTO BSICO POZO C-43 6. ANLISIS FINANCIERO 7. CRITERIOS PARA LA EVALUACIN ECONMICA 8. HIPTESIS DEL ANLISIS ECONMICO 9. ANLISIS FINANCIERO PARA ECOJET 10. ANLISIS FINANCIERO PARA PETROPRODUCCIN 11. CONCLUSIONES 12. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS Hydraulic Pump Systems

INTRODUCCIN La forma ms viable y econmica de poner a producir un pozo de petrleo y/o gas pozo es por flujo natural. A medida que la produccin del pozo declina se hace necesario instalar Sistemas de Levantamiento Artificial (SLA).Fuente: Editado de http://www.sertecpet.com.ec

Hydraulic Pump Systems

BOMBEO HIDRULICO TIPO PISTNFuente: Tesis Evaluacin tcnica de las estrategias de levantamiento artificial implementadas en campos maduros. Diseo de una herramienta software de seleccin Seccin 2.2.5. Bombeo Hidrulico tipo Pistn.

El sistema de bombeo hidrulico tipo pistn es un sistema reciprocante, es decir, que succiona y expulsa el fluido alternadamente, el cual es forzado a salir de un par de cilindros por la accin de cada uno de los pistones.


BOMBEO HIDRULICO TIPO JET Es uno de los SLA ms sencillos, est compuesto por una bomba Jet.

Fuente: Editada de Conceptos Tericos Jet Pump http://www.oilproduction.net


Fuente: Modificado de House, Juan. Villacreces, Ricardo. Estudio para la Implementacin del Servicio de Bombeo Hidrulico Tipo Jet de la Compaa Ecuapet CA. LTDA. En Petroproduccin. Escuela Politecnica Nacional. Quito Julio de 2010.

BOMBEO HIDRULICO TIPO JET El fluido motriz es bombeado hacia la boquilla. Al atravesar la garganta se produce un chorro de alta velocidad alta velocidad. El fluido entra al difusor punto en el cual se mezcla con el fluido de produccin.

Se produce una transferencia de impulso entre la mezcla, lo que causa que sean transportada a superficie.


INSTALACIONES DE SUPERFICIE DEL BOMBEO HIDRULICO TIPO JETTanque de almacenamiento del fluido motriz o de potencia: Sistema de tanque al cual retorna el fluido motriz mezclado con el de produccin. Mquina Motriz Fuente de potencia del sistema. Bomba de Superficie Puede ser una bomba triplex o multiplex de alta presin, diseada para manejar altos caballos de fuerza.Fuente:http://www.jerehe.com/spain/products /10072210183365.shtm Fuente: Weatherford


INSTALACIONES DE SUPERFICIE DEL BOMBEO HIDRULICO TIPO JETLneas de Conduccin: Diseadas para soportar altas presiones y temperaturas de operacin. Estacin de control de inyeccin: Reguladores para control individual de presin y caudal.

Fuente: Editado de Weatherford


MODELAMIENTO MATEMTICO DEL PRINCIPIO FSICO Los fabricantes de bombas Jet ofrecen gran variedad de tamaos de boquillas y gargantas.Fuente: Editada de Hydraulic Jet Pump Performance, Luis Gomez, PHD

Tasa de flujo boquilla (BPD): = 832

en

la

Razn adimensional de reas: =


MODELAMIENTO MATEMTICO DEL PRINCIPIO FSICO Razn adimensional de flujo msico: = Razn adimensional de presin: ( ) = ( ) rea mnima para evitar cavitacin . = 691

Eficiencia: = =

Ver Ejemplo de Curvas de Comportamiento Adimensional para Bombas Jet (Fabricante Parker CO)


MODELAMIENTO MATEMTICO DEL PRINCIPIO FSICO As mismo se proporciono una correlacin emprica para el factor volumtrico total de formacin; sustituyendo en la ecuacin anterior se tiene:1.2

=

1 + 2.8

1 +

El rea mnima para evitar la cavitacin considerando la presencia de gas es: 1 1 = + 691 24650


DISEO

FUENTE: CURSO DE BOMBEO HIDRAULICO TIPO PISTON JET ELABORACION: Weatherford

12 Hydraulic Pump Systems

DISEOPara la realizacin de un diseo de una bomba hidrulica se debe tener en cuenta los siguientes aspectos:

1. 2.

3.4. 5. 6. 7.

Decidir qu tipo de fluido motriz se emplear: petrleo o agua. Escoger el mejor arreglo de tuberas, tanto de inyeccin, produccin y descarga. Seleccionar la mejor bomba de fondo que encaje en la tubera de produccin, y sea capaz de cumplir con los requerimientos del pozo. Elegir si se utilizar una planta central de inyeccin para todos los pozos, o se aplicar un sistema de inyeccin individual. Escoger la mejor bomba superficial para la inyeccin de fluido motriz. Seleccionar la unidad de procesamiento de fluido motriz ms adecuada. Relacin P/E13 Hydraulic Pump Systems

ANALISIS DEL PROYECTO DE BOMBEO HIDRULICO TIPO JETEl ejemplo plantea la prestacin del servicio de bombeo hidrulico tipo jet por parte de la empresa Ecojet a los campos manejados por la Empresa Petroproduccion. Petroproduccin es una compaa estatal ecuatoriana de exploracin y produccin de petrleo de los yacimientos hidrocarburferos de Petroecuador.

14 Hydraulic Pump System

PLANInstalar un sistema de bombeo hidraulico tipo jet en un de los pozos de menor produccin, para ello solicita la prestacin de servicio a la empresa Ecojet y se plantea el diseo y operacin de la bomba.


SITUACION ACTUAL EN PETROPRODUCCIONPetroproduccion tiene a su cargo la operacin de cuatro de los campos ms representativos en el distrito amaznico, estos son: Shushufindi, Libertador, Lago agrio y Auca. De estos principales campos operados por petroproduccion se tienen:

Un total de 514 pozos perforados; 125 se encuentran cerrados, 37 abandonados, 40 son reinyectores, 10 inyectores y 302 son productores.De los productores se tiene;

60 produciendo con bombeo Hidrulico tipo jet. 45 Con Bombeo hidrulico tipo Piston. 178 Con Bombeo electrosumergible 13 con gas lift. 4 con bombeo mecnico. 2 a flujo natural.16 Hydraulic Pump System

PROCEDIMIENTO BSICO Y EJEMPLO DE DISEO (TIPO JET)

Datos de pozo C43 del campo Libertador de Petroproduccin. Casing = 7 , 35 lb/ft Tubera de inyeccin = 2 3/8, ID 1.995 Tubera de retorno = Anular Casing Tubing Profundidad de asentamiento de la bomba = 5500 5000 ft Pr = 1540 psi, qmax = 1370 bpd Temperatura de fondo = 130 F Temperatura de superficie = 90 F17 Hydraulic Pump Systems

DISEODatos de produccin Presin de separador = 100 psi Lneas de flujo = 200 ft, 42, Sch 40 Rata de produccin deseada = 500 bpd

Caractersticas de fluido y PVT Gravedad especifica del petrleo = 0.82 Gravedad especifica del agua = 1.03 Gravedad especifica del gas = 0.75 Viscosidad del petrleo = 2.5 cst Viscosidad del agua = 0.65 cst Presin de burbuja = 1600 psi Corte de agua = 30% GOR= 150 scf/Bbl18 Hydraulic Pump Systems

SOLUCIN1. Construir la curva de afluencia de fluidos de la formacin. La siguiente figura muestra la curva IPR para el ejemplo.FIGURA 1.11 CURVA IPR PARA EL EJEMPLO DE DISEO18001600 1400 1200 Pwf (psia) 1000 800 600 400 200 0 0 500 Qo (BPD) FUENTE: Los Autores 1000 1500

Curva IPR


SOLUCIN2. Determinar el gradiente de presin del fluido producido (succin) del fluido motriz.

3. Determinar la mnima rea anular de la succin para evitar la cavitacin

Hydraulic Pump Systems 20

SOLUCIN4. Seleccionar de los varios fabricantes una boquilla y una garganta cuyo valor de rea anular de la garganta sea mayor o igual al calculado en el paso 3. Para este caso se elige la boquilla 7 de National (0.0169). Ver anexo 1.1. Con boquilla 7 y garganta 7 conseguimos una relacin de rea (0.0103/0.0271) igual a 0.4.

5. Escoger un valor para la presin superficial de inyeccin. Se escogen usualmente valores entre 2000 y 4000 psi; valores ms altos para pozos profundos. Para el ejemplo se selecciona un valor de 2500 psi.


SOLUCIN6. Calcular la presin y el caudal en la boquilla

7. Caudal de descarga de la mezcla de fluidos.

8. Calcular la presin de descarga

9. Calcular la razn adimensional de presiones


SOLUCIN10. Calcular la razn adimensional de flujo msico

11. Verificar el valor de la razn de flujo msico.

0.317

Empezar con el valor de la relacin adimensional de presiones (N) calculado anteriormente e interceptar con la curva de mayor eficiencia. Leer el valor de la razn de flujo msico (M) y comparar con el del paso 10. Si los dos valores coinciden, la solucin ha sido encontrada, caso contrario se debe realizar correcciones sobre la tasa de flujo de la succin o tambin sobre la presin de superficie. Con la figura 1.10 se determina el valor de M. 1.0423 Hydraulic Pump Systems

SOLUCIN

12. Regresar al paso 7 Luego de tres iteraciones se consigue:

13. Calcular el rea de la garganta y seleccionar el tamao correcto

Usar las tablas de tamaos de boquilla y garganta del fabricante seleccionado. Escoger la garganta cuya rea sea ms cercana al rea calculada. Por lo anterior, se selecciona la garganta No. 9 (Bomba 7C)24 Hydraulic Pump Systems

SOLUCIN14. Determinar la tasa de flujo lmite para evitar la cavitacin.

15. Calcular el caballaje requerido en superficie para la bomba multiplex. Se asume un 90% de eficiencia para la bomba triplex. Seleccione una bomba triplex o multiplex con una potencia igual o mayor a la potencia requerida.


SOLUCIN

AN

0.0103 (#7)

R

0.235

QN

819 BPD

QS

678 BPD

AT

0.0441 (#9)

PS

2500 PSI

HPSUP

39 HP

PPS

1000 PSI

TABLA 3 Resultados Del Ejemplo De Un Diseo De Bomba Jet FUENTE: Los Autores


SOLUCIN16. Repetir el procedimiento para diferentes presiones y tasas de produccin. Mantener los mismos valores de geometra de la bomba. Trazar los valores de presiones y tasas de produccin, a la presin constante de inyeccin. Si el punto de diseo, no es el punto de interseccin entre las curvas de entrada y salida de flujo, repetir el procedimiento desde el paso 3 cambiando la presin de inyeccin.


SOLUCIN

FUENTE: HYDRAULIC JET PUMP PERFORMANCE, LUIS GOMEZ, PHD


ANALISIS FINANCIEROEl objetivo de la evaluacin econmica del presente estudio es determinar si el proyecto es viable o no y cul es el beneficio econmico que generar el mismo tanto para la empresa Petroproduccin Como para ECOJET El presente anlisis ser proyectado a dos aos en base a la vigencia de la lista de precios actuales y sin cambios.


CRITERIOS PARA LA EVALUACIN ECONMICAValor Actual Neto (V.A.N.) V.P.N. ganancia extraordinaria que genera el proyecto, medido en monedas actuales.Tasa interna de Retorno (TIR)= tasa de actualizacin que hace que el valor actual neto del proyecto sea igual a cero. VAN = 0, entonces TIR = i Si i es la tasa de actualizacin: TIR < i, el proyecto no es viable TIR = i, el proyecto es indiferente, y si TIR > i, el proyecto es viable Relacin Beneficio Costo (B/C)= Cociente entre la sumatoria del valor actual de los ingresos netos entre la sumatoria del valor actual neto de los egresos a una tasa de actualizacin i.30 Hydraulic Pump System

HIPTESIS DEL ANLISIS ECONMICO1. Se estima una tasa de actualizacin anual igual al 19%, siendo la tasa de actualizacin mensual 1,46%, (Valor sugerido por el departamento de contabilidad de la empresa Ecojet.) 2. El costo estimado de la prestacin del servicio de bomba hidrulica tipo jet es de 28,50 USD/ hora.

3. No intervienen los impuestos fiscales4. No se considera devaluacin monetaria durante los dos aos de duracin del proyecto.31 Hydraulic Pump System

ANLISIS FINANCIERO ECOJET


COSTOS DEL PROYECTOSon los valores que representan implementar el servicio de prestacin de la bomba hidrulica jet. Bombas jet de diferentes dimetros (2 3/8, 2 7/8 y 3 1/2) para cada una de las unidades MTU con las que cuenta actualmente la empresa. Para cada una de las bombas, las geometras ms utilizadas en los pozos operados por Ecojet, requieren de los siguientes elementos:

Repuestos para las bombas jet (stock de repuestos) Capacitacin al personal. Herramientas


COSTOS DEL PROYECTO

Fuente: Juan House y Ricardo Villacreces: estudio para la implementacion del servicio de bombeo hidraulico tipo jet de la compaa ecuapet ca. ltda. en petroproduccion. juan carlos house vivanco ricardo villacreces zambrano. 2010

Descripcin JET PUMP 3 1/2" PAKER CO JET PUMP 2 7/8" PARKER CO JET PUMP 2 3/8" PARKER CO MIXING TUBE #4 FOR PUMP 3 1/2" MIXING TUBE #5 FOR PUMP 3 1/2" MIXING TUBE #6 FOR PUMP 3 1/2" MIXING TUBE #7 FOR PUMP 3 1/2" MIXING TUBE #8 FOR PUMP 3 1/2" NOZZLE TIPO C+ FOR PUMP 3 1/2" NOZZLE TIPO D FOR PUMP 3 1/2" NOZZLE TIPO E FOR PUMP 3 1/2" NOZZLE TIPO C+ FOR PUMP 2 7/8" NOZZLE TIPO D FOR PUMP 2 7/8" NOZZLE TIPO E FOR PUMP 2 7/8" MIXING TUBE #4 FOR PUMP 2 7/8"" MIXING TUBE #5 FOR PUMP 2 7/8" MIXING TUBE #6 FOR PUMP 2 7/8" MIXING TUBE #7 FOR PUMP 2 7/8" MIXING TUBE #8 FOR PUMP 2 7/8" NOZZLE TIPO C+ FOR PUMP 2 3/8" NOZZLE TIPO D FOR PUMP 2 3/8" NOZZLE TIPO E FOR PUMP 2 3/8" MIXING TUBE #4 FOR PUMP 2 3/8"" MIXING TUBE #5 FOR PUMP 2 3/8" MIXING TUBE #6 FOR PUMP 2 3/8" MIXING TUBE #7 FOR PUMP 2 3/8" MIXING TUBE #8 FOR PUMP 2 3/8" END ADAPTER BRONCE CENTER ADAPTER BRONCE CHEVRON PACKING ORING NOZZLE ORING HOUSING MIXING ORING DISCHARGE BODY ORING MIXING HERRAMIENTAS CAPACITACIN TOTAL

Cant. 2 2 2 0 2 2 2 2 0 2 2 0 2 2 0 2 2 2 2 0 2 2 0 2 2 2 2 6 6 90 30 60 60 60 ~ 21

Costo Unitario 8330,84 7081,21 6019,0 1890,00 1890,00 1890,00 1890,00 1890,00 976,00 976,00 976,00 831,00 831,00 831,00 1577, 1577,25 1577,25 1577,25 1577,25 765,78 765,78 765,78 1249, 1249,12 1249,12 1249,12 1249,12 65 65 33 4,25 4,25 4,25 4,55 ~ 200

Costo Total 16661,68 14162,42 12038,04 0,00 3780,00 3780,00 3780,00 3780,00 0,00 1952,00 1952,00 0,00 1662,00 1662,00 25 0,00 3154,50 3154,50 3154,50 3154,50 0,00 1531,56 1531,56 12 0,00 2498,24 2498,24 2498,24 2498,24 390 390 2970 127,5 255 255 273 5000 4200 104744


DETERMINACIN DE LOS PRECIOS DE LOS SERVICIOS DE BOMBEOEl precio de la prestacin de la bomba hidrulica jet se lo fijar en base a un anlisis comparativo de los precios a los que las compaas prestan servicios similares, el cual se determinar tomando en cuenta la tendencia de la compaa de contar con precios competitivos, esperando mantener el mismo mercado operacional que actualmente manejan esta compaas. El precio al que Ecojet. brindar el servicio de renta de bomba hidrulica tipo jet es de 28,5 USD/hr.


ESCENARIOS DE OPERACINEn base a un promedio mensual de horas de operacin de Ecuapet Ca. Ltda. (1017 horas de evaluacin con MTU) proyectado a los siguientes escenarios: Primer escenario; 600 horas mensuales evaluadas con bomba jet. Segundo escenario; 800 horas mensuales evaluadas con bomba jet. Tercer escenario; 1000 horas mensuales evaluadas con bomba jet. Para cada uno de los escenarios el estimativo de horas evaluadas con bomba jet constituyen aproximadamente el 60%, 80% y el 100% del promedio mensual de horas evaluadas con MTU de Ecojet. respectivamente.MES Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre TOTAL HORAS EVALUADAS 934 831 1062 1010 1071 987 818 1045 1050 1149 1231 1017

Fuente: Editada de estudio para la implementacion del servicio de bombeo hidraulico tipo jet de la compaa ecuapet ca. ltda. en petroproduccion. juan carlos house vivanco ricardo villacreces zambrano. 2010


EGRESOSCOSTO DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO1. Mantenimiento preventivo de las bombas el cual se realizar en base al criterio de cada cien das de operacin por bomba. 2. Sueldo del Gerente Tcnico (1200 USD fijado por la Direccin Administrativa de Ecojet .)Descripcin END ADAPTER BRONCE CENTER ADAPTER BRONCE CHEVRON PACKING ORING NOZZLE ORING HOUSING MIXING ORING DISCHARGE BODY ORING MIXING INSPECCIN TCNICA Y LIMPIEZA TOTAL Cant. 2 2 6 1 2 2 2 1 Costo unitario (USD) 65 65 33 4,25 4,25 4,25 4,55 190 Costo Total (USD) 130 130 198 4,25 8,5 8,5 9,1 190 678,35

Fuente: Juan House y Ricardo Villacreces: estudio para la implementacion del servicio de bombeo hidraulico tipo jet de la compaa ecuapet ca. ltda. en petroproduccion. juan carlos house vivanco ricardo villacreces zambrano. 2010 37 Hydraulic Pump System

TIEMPO DE RECUPERACIN DE LA INVERSIN, VALOR ACTUAL NETO Y TASA INTERNA DE RETORNO PARA ECOJETLa evaluacin econmica se la realiz para 24 meses y al final se tienen los siguientes resultados que se muestran en la siguiente tabla.Horas de Bombeo (hrs/mes)

Tiempo de Recuperacin de la Inversin (Meses)

Beneficio/Costo

VAN (USD)

Escenario 1 2 3

TIR %

600 800 1000

201794,19 312474,37 423154,54

14,422% 20,261% 25,876%

2,55 3,40 4,25

7,17 5,17 4,08


ANLISIS FINANCIERO PETROPRODUCCION


INGRESOSCorresponde a la venta del crudo. En ello se tiene las siguientes suposiciones:

Lifting Costs: 10 USD/STB El pozo C43 no declina su produccin = 500 bls/Dia. Barril: 75 USD/STB. No existen cambios en el precio del barril de crudo en los 2 aos. Barriles producidos en 2 aos: 365.000 blsINGRESOS: 23725.000 USD


EGRESOSCorresponde a las horas de operacin de las bombas tipo jet. Costo; 28,5 USD/hora Escenarios: Primer escenario; 600 horas mensuales evaluadas con bomba jet. Segundo escenario; 800 horas mensuales evaluadas con bomba jet. Tercer escenario; 1000 horas mensuales evaluadas con bomba jet. EGRESOS: 1. Escenario (1) 410.400 USD 2. Escenario (2) 547.200 USD 3. Escenario (3) 684.000 USD41 Hydraulic Pump System

RENTABILIDADResultados para los 3 Escenarios propuestos

Horas de Bombeo (hrs/mes)

Beneficio/Costo

VAN (USD)

Escenario 1 2 3

TIR %

600 800 1000

23314600 23177800 23041004

2887% 2164% 1729%

56,8 42,5 33,6


PROBLEMAS Y SOLUCIONES EN BOMBAS JET PARKER CO.Indicacin Cada de produccin condiciones de superficie normales Causa a.) Cambio de condiciones fluyentes en pozo b.) Dao en garganta o difusor Solucin Efectuar toma de presin fondo y redisear bomba Recuperar bomba de subsuelo y reparar Disminuir presin de operacin o instalar garganta de mayor dimetro Reparar partes defectuosas Instalar jet y garganta de mayor dimensin y reducir velocidad. Revisas datos de diseo o chequear estado mecnico en completacin de pozo43 Hydraulic Pump System

Sin incremento de produccin Cavitacin en garganta o cuando la presin de operacin produccin de gas alta. aumenta. Garganta presenta picaduras Dao en garganta en superficie de acabado Diseo en produccin no se ajusta a condiciones reales Dao en garganta o difusor Erosin Datos de diseo no adecuados o problemas mecnicos.

PROBLEMAS Y SOLUCIONES EN BOMBAS JET PARKER CO.Indicacin Incremento repentino en la presin de operacin con inyeccin de fluido motriz repentina disminucin de presin de operacin-fluido motriz constante o incremento de fluido motriz presin de operacin Incremento repentino en la presin de operacin sin inyeccin de fluido motriz Causa a.) Taponamiento parcial en el nozzle b.) Acumulacin de parafina u obstruccin en la lnea de fluido motriz a.) Falla en la tubera de produccin b.) Daos en sellos o ruptura en nozzle Taponamiento parcial en el nozzle Solucin Recuperar bomba de subsuelo y reparar Efectuar limpieza con solvente en lnea Chequear tubera de produccin Recuperar bomba de subsuelo y reparar Recuperar bomba de subsuelo y reparar


CONCLUSIONESSe concluye que llevar a cabo el proyecto es adecuado puesto que en el anlisis econmico realizado, para los tres escenarios planteados, en concordancia con los indicadores financieros considerados, el proyecto es rentable para ambas empresas.Otra conclusin es que los Sistemas de Bombeo Hidrulico tipo Jet son una alternativa econmica para campos que tienen pozos de baja produccin, ya que el equipo y mantenimiento son viables por su bajo costo y ademas son rpidos de instalar y reparar.


REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS Villacreces, Ricardo. House, Juan Estudio para la Implementacin del Servicio de Bombeo Hidrulico Tipo Jet de la Compaa Ecuapet Ca. Ltda. en Petroproduccin. Quito 2010. Weatherford, Bsqueda Instalaciones del Subsuelo y Configuracin. Melo, Vinicio. Presiones y Prdidas por Friccin en un Sistema Abierto: Folleto Levantamiento Artificial. Gmez, Luis. Variables para la Representacin Matemtica de la Bomba Jet: Hydraulic Jet Pump Performance. Evaluacin Tcnica de las Estrategias de Levantamiento Artificial Implementadas en Campos Maduros. Diseo de una Herramienta Software de Seleccin Seccin 2.2.5. Bombeo Hidrulico tipo Pistn. Cely, Andrs. Pabn, Edgar. Anlisis Nodal y Optimizacin del Sistema de Bombeo Hidrulico tipo jet. UIS Bucaramanga 2001.


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