Diapositiva 1

INDICE DE PRODUCTIVIDAD

Explotacin de Pozos Fluyentes

Comportamientos de Flujos

Con el fin de analizar el comportamiento completo del flujo de un pozo, desde la formacin hasta la superficie, es necesario definir tres distintas etapas de flujo:1. Comportamiento de la entrada de los fluidos al pozo o comportamiento de afluencia al pozo.2. Comportamiento del flujo vertical y3. Comportamiento del flujo a travs de un estrangulador Variacin del IP con la Np Para Yacimientos bajosaturado cuando la sube la produccin, la presin baja Si la P yac es > Pb, J es ConstanteSi Pb es < P yac aumenta la Kg y J disminuye J Pb Pwf Np/N = 0.1% 4% 8% Np 12% q Variacin J vs Np Curvas de IPR para Yacimiento Bajo saturado q IPR para un Bajo saturado 1Vogel grafic q contra la pwf como una funcin de la produccin acumulada y observ la variacin del IPR, obteniendo una curva para cada etapa de la vida productiva de un yacimiento productor por debajo de la Pb.Tambin grafic los mismos datos para distintas viscosidades y diferentes (RGAs) y observ que las curvas de IPR tenan un comportamiento similar. Luego, adimension las curvas y obtuvo una curva de referencia, con la que se puede construir la curva de IPR para un pozo determinado, partiendo de una prueba de produccin y un registro de presiones de fondo. Pwf/ Pws La ecuacin de Vogel es: qo / qomx. = 1 0.2(pwf / pws) 0.8 (pwf/pws)2 donde: 0.75 qo = produccin del pozo en bl/d pwf = presin de fondo fluyendo, psi 0.25 pws = presin esttica, psi . qo mx. .= produccin mxima cuando pwf = 0 0 0.40 0.90 qo/qo mx

Ejemplo: Utilizando la grfica de Vogel 1) Calcular el trmino Pwf / Pws 1500/2000 = 0.75Datos: Pws = 2,000 psi Con este valor entrar a la ordenada, interceptar la Pwf = 1,500 psi curva y bajar hacia la abscisa donde se lee un valor qo = 65 bl/da de qo / qomx. = 0.40 Hallar qo / qo mx., para una pwf de 500 psi Como qo = 65 bl/da, entonces qo/qo mx. = 65/0.40 = 162.5 bl/da. Ahora trabajamos para pwf = 500 psi pwf/pws = 500/2000 = 0.25 qo / qo mx. = 0.9 Como: qo/qo mx. = 0.9Despejando qo = 0.9 (qo mx.) qo = 0.9 (162.5) qo = 145.8 = 146 bl/daCon estos valores, ya se puede construir la grfica de IPR 2000 Pws 1500 IPR 500 qo 0 65 146 162

Otra forma de conocer la Pws sin cerrar el pozo en el campo puede ser el siguiente: Cada da colocar un estrangulador de diferente dimetro en la cabeza del pozo y medir (o aforar) el flujo en separador al menos por 8 horas y medir la pwf (1 da). Hacer esto mismo 3 veces y hacer una grfica del mismo tipo que la anterior, pero, como solo se mide la pwf y cuanto aporta el pozo; para conocer la Pws, solo se extrapola la lnea recta hacia el eje YY

qoPwf162014650065150002000Ejercicio: aplicando la grfica de Vogel y dados los siguientes datos pws = 3,000 psi Determinar: qo mx pwf = 2,200 psi qo para pwf = 1,500 psi Resultados: 1) pwf/pws = 0.73 qo = 200 bl/da qo/qo mx = 0.435 qo mx. = 460 bl/da 2) Para pwf =1,500 pwf/pws = 0.5 qo/qo mx = 0.7 qo = 322 bl/daSuponiendo los valores de la siguiente tabla y con el apoyo de la curva de Vogel obtenga los gastos qo correspondientes y construya la grfica de IPR Presin(psi): 3,000, 2,500, 2,000, 1,500, 1,000, 500, 0 Gastos: ? ? ? ? ? ?

Curvas de Standing Vogel en su trabajo no tom en cuenta que los pozos pudieran estar daados, es decir, que Standing consider una Eficiencia de Flujo de 1.0. Procediendo a complementar este trabajo desarrollando una grfica con curvas de IPR para Eficiencias de Flujo diferentes de 1.0. Considera pozos daados y estimulados.

P En esta figura se presenta la distribucin de las presiones de fondo de un pozo daado que produce con gas disuelto.Pws El Factor de Eficiencia (FE) se define como: pwf FE = Abatimiento de presin ideal = Pws Pwf s Condiciones Abatimiento de presin real Pws - Pwf

pwf Estticas Como Pwf = Pwf + s Substituyendo: rw rs lnr FE = Pws Pwf s Pws Pwf

Ejemplo Ilustrativo

Datos: Solucin: 1) Calculamos Pwf/Pws pwf/pws = 1800/2400 = 0.75 qo = 70 bl/da 2) ahora con 0.75 y la curva de FE = 0.7Pws = 2,400 psi entramos la ordenada para calcular qo/qomx. Pwf = 1,800 psi en la grfica correspondiente a la formacin,FE = 0.7 e interceptamos la curva para qoFE=0.7 dando: qo FE=0.7 / qo mx FE=1.0 = 0.29 en la abscisaCalcular: qo mx. = ? Nota: (qo mx. se toma como FE = 1). qo = ? @ FE = 0.7 y una Calcular qo mx. De la relacin qo/qo mx. = 0.29 pwf = 1,200 psi como qo = 70; entonces despejando qomax se tiene Usar la Grfica de la Fig. 2-2 qo mx. = 70 / 0.29 = 241.37 bl/da de Pwf / PR qo/qomxClculo para Pwf = 1,200 psi

Hacer ahora Pwf /Pws = 1800 / 2400 = 0.5De la grfica qoFE=0.7 / qo mx FE=1.0 = 0.53Por lo que qo = 0.53 (241.37) = 127.9 aprox. 128 bl/da.

Una vez teniendo estos datos ya se puede construir la curva de Vogel:

Ejercicio :Pws = 3,000 psi Solucin: pwf / pws = 2130/3000 = 0.71 Pwf = 2,130 psi qoFE=0.6 / qo mx. = 0.282 qo = 130 bl/da qo mx. FE=1 = qo / 0.282 = 461 bl/da para una FE = 0.6 De la definicin de FE se obtiene: P pwf = 2478 psi pwf = 2130 psi s = pwf pwf = 348 psi

pwf

pwf ln rPwfqo2400018007012001270240Recuperacin Primaria Es la que se efecta mediante los pozos fluyentes y se obtienen porcentajes de recuperacin mediante la propia energa y mecanismo del yacimiento.

Pozo Fluyente Es cuando un pozo fluye mediante su propia energa. Uno de los parmetros que deben controlarse es el flujo, por medio de los estranguladores, s el flujo no se raciona puede haber conificaciones de agua y aceite.

Relacin Gas-Aceite (RGA) Si un pozo produce: qo = 10 m3 y qg = 1,000 m3 / da, entonces la RGA debe ser: RGA = qg / qo = 1,000 / 10 = 100 m3 / m3

Los intervalos que la RGA debe variar normalmente es de: 50 a 500 m3 / m3, cuando la excedemos, lo ms recomendables es cerrar el pozo en la superficie (en el medio rbol) porque se puede conificar el gas a travs de una tubera de revestimiento rota o a causa de un alto rgimen de flujo (gastos muy altos de produccin). La RGA debe ser vigilada tanto a travs de mediciones de pozos (aforos) en separadores en las etapas fluyentes y con sistemas artificiales a base de bombeo neumtico continuo e intermitente y bombeo mecnico.

Otro parmetro muy importante de vigilar es el porcentaje de agua, este puede variar de 0 hasta 98%. Lo ideal es que debe de tender a 0%. Una conificacin de agua se debe a que un estrangulador muy grande en la superficie est siendo operado para producir los hidrocarburos.

Una forma de conocer la produccin bruta es midiendo el pozo. Este se mide a travs de un separador para conocer cuanto aceite, gas y agua se produce. Estas mediciones se les hace a todos los tipos de pozos, cuando menos, una vez por mes. Una vez hecho este trabajo, se mide en la cabeza del pozo la presin (Pth). Para obtener una muestra del fluido que se est produciendo, en la lnea de escurrimiento (rama o bajante) se les adapta una vlvula para descargar el fluido en un recipiente para ser analizado en el laboratorio de produccin o de yacimientos ah se le mide la densidad, cantidad de slidos, temperatura, porcentaje de agua y salinidad y pH (para verificar si de trata de salinidad del agua de yacimiento o es otro tipo de agua como el de fluido donde se lava el pozo durante la terminacin).

Conocido lo anterior entonces se procede a calcular la produccin bruta

Produccin Neta = Produccin Bruta x % de Agua

Produccin Bruta de 100 m3/da pudiera ser: Cuando se produce en superficie: Porcentaje de Agua = 5% Produccin Neta = 95% Produccin de Agua = 5 m3/da

Cuando no se cuenta con manmetro para medir la Pth en la cabeza del pozo, existen ecuaciones empricas probadas que pueden apoyar esta determinacin tal como la de Ross: Donde Pth = 600 ( q R0.5 ) / S2 Pth = presin en cabeza (psi) q = gasto de fluidos producidos (bl/da R = RGA (Mpie3 / bl) [estimacin de otro pozo] S = dimetro del orificio del estrangulador en 1/64 de pulgadas

Ejemplo Ilustrativo Aceite de 40 APISea un pozo con los siguientes datos: Agua = 15% Calcular la Presin Col. Gas @ 5,000 pies 500 psi - Para conocer la PCG, utilice la grfica Presin Cabeza de Pozo Vs la Presin debido a la columna de Gas (Grfica II -1 A) -Leer en la abscisa directamente la diagonal correspondiente a 1 2,000 pies 5,000 pies donde PCG = 25 psi; por lo que la presin en 1 es de P1 = 500 + 25 = 525 psi Para la presin en el punto 2 es: 7,000 pies Columna = 5,000 pies -Calcule el Gradiente con la Grfica II 2 de Gradiente de Presin - Porcentaje de Agua Salada. -Tomar los valores de % de agua = 15% y cortar la lnea de 40 API -La lectura en la ordenada de Gradiente da un valor de 0.38 psi/pie Por lo que, la Presin de la Columna de Lquido (PCL) es PCL = Gradiente x Profundidad Pws 2 PCL = 0.38 psi/pies x 5,000 pies = 1,900 psi Y la presin en el punto 2 es PCG + PCL P2 = 525 + 1900 = 2425 psiAplicacin de la Frmula de Ross

Datos: Pth = 100 psi R = 300 m3/m3 S = [en 64 avos es (3x16 /4x16) = 48/64 avos]; solo se toma el numerador (48)Calcular qo = ?

Solucin: Transformar la R a pies3/bl 1 m3 = 35.314 pies3 1 m3 = 6.29 bls

R=RGA = 300 x 35.314 / 6.29 = 1684.29 pies3 /bl Pth = 600 qR0.5 / S2 donde: qo = Pth S2 / 600R0.5

qo = 100 x (48)2 / 600 x [ 300 x 35.314 / 1000 x 6.29]0.5 = 295.8 bl/da

Nota: esta frmula solo funciona cuando el flujo se comporta en la lnea de escurrimiento como un flujo snico, es decir, cuando se tiene la velocidad del sonido; y la condicin para que se cumpla es la presin en la cabeza del pozo debe ser el doble que el que se lee en la lnea de escurrimiento, o sea si en la cabeza se lee 100 psi, la bajante debe de tener 50 psi.

Ejemplo:

Sea un pozo con la siguientes caractersticas: Datos: L = 6,000 pies Pws = 1,500 psi X = 1652 pies Gradiente = 0.345 psi/pie Nivel de fluido Calcular x = ?

Solucin: Considerando que Pws = Gradiente x Y Y = Pws / Gradiente L = 6,000 pies Y = 1,500 psi / 0.345 psi/pie Y = ? Y = 4,348 pies

y como X = L - Y X = 6,000 4,348 X = 1652 pies, la altura del nivel de fluido Pws

FLUJO MULTIFASICO EN TUBERIAS VERTICALES

Comportamiento del Flujo Vertical

Anteriormente se analiz, que para una presin de fondo fluyendo dada la formacin aporta un gasto determinado. Ahora se estudiar si esta presin de fondo es la suficiente para que la produccin del yacimiento fluya a travs de una tubera hasta superficie o hasta una batera de separacin.

El anlisis del comportamiento del flujo vertical se puede hacer con el anlisis de las grficas de gradientes de presin desarrolladas por Gilbert y Kermit Brown.

Gilbert proporciona una solucin emprica al problema del flujo bifsico vertical. Efectu mediciones de la cada de presin en las tuberas de produccin bajo distintas condiciones y obtuvo una familia de curvas. Los parmetros que midi en un nmero grande de pozos fluyentes fueron:

Presin en la cabeza del pozo (psi)Produccin bruta de lquidos (bl/da)Relacin Gas-Lquido (pies3/bl)Profundidad de la tubera de produccin (pie)Presin de fondo fluyendo (psi)

Se considera que la presin de fondo fluyendo depende nicamente de las otras variables.

Existen dos mtodos para utilizar las curvas de gradientes de presin en problemas de pozos fluyentes:

Primer Mtodo

Consiste en calcular la Pwf, para distintos gastos, considerando la presin constante en la cabeza del pozo.

Segundo Mtodo

Se calcula la presin en la cabeza del pozo para distintos gastos y sus correspondientes presiones de fondo fluyendo pwf.

Ejemplo Ilustrativo

Pth = 200 psi TP = 2 L = 8,000 piesqo = 400 bl/daAgua = 50%RGA = 300 pies3 / bl

Cul es la longitud total donde el pozo tiene esta pwf?

Solucin:

Apoyados con la grfica C-178, se toman los datos de Pwf y de RGA.En la abscisa superior de la grfica leer Pth = 200 psi y bajamos verticalmente hasta encontrar la curva que indique una RGA de 300 y se procede a leer horizontalmente en la ordenada donde se lee una L = 1,900 pies. Longitud que se sumar a los 8,000 pies originales (dato), es decir,

D = L TOTAL = 8,000 + 1,900 = 9,900 pies

* Se toma la grfica C-178 de acuerdo al dimetro de la TP, qo, % aguaEjemplo Ilustrativo: Clculo de RGA

Sean los datos del siguiente pozo:

Pwf = 2,000 psiPth = 200 psiTP = 3L = 6,000 ftqo = 1, 000 bl/d

Solucin:

Seleccionar la grfica C-272 (porque se tiene una TP de 3 y un gasto de 1,000 bl/da)

Entrar en la abscisa con Pth = 200 psi y bajar en la ordenada hasta localizar la profundidad de 6,000 pies

Leer entre las tendencias de las curvas de RGA (entre la curvas de RGA de 25 y 50) y se encuentra un valor aproximado de RGA = 37.5 o 38 pies3 / da. Ejercicio

Sean los siguientes datos de pozo con las siguientes pruebas realizadas:

Datos Prueba 1 Prueba 2L = 7,000 ft qo = 600 bl/da qo = 1,000 bl/daR = 500 pies3 / bl Pth = 360 psi Pth = 160 psiTP = 2

Calcular el ndice de Productividad (IP)

Solucin:

A) Para la Prueba 1 se tienen los siguientes datos L = 7,000 ft Solucin: a) utilizar la grfica C-163 (qo = 600 bl/da y TP = 2)R = 500 ft3/bl entramos con Pth = 360 psi y se intercepta la curva TP= 2 de RGA = 500 ft3/bl qo = 600 bl/da leemos en la abscisa para hallar la longitud equivalentePth = 360 psi L = 3,000 y se suma a la longitud de 7,000 pies D= LTOTAL = 3,000 + 7,000 = 10,000 pies b) Ahora con los 10,000 pies se desplaza de nuevo hacia la curva de la RGA = 500 ft3/bl se intercepta y subimos hasta la abscisa para conocer cual es la pwf Pwf = 1,800 psi

B) Para la Prueba 2 se procede de la misma manera:

L = 7,000 ft a) utilizar la grfica C-167 (para TP = 2 y qo = 1,000 bl/da) R = 500 ft3/bl la Longitud Equivalente encontrada en la abscisa es 1,100 piesTP = 2 donde D = LTOTAL = 1,100 + 7,000 = 8,100 piesqo = 1,000 bl/da b) y la Pwf = 1,640 psiPth = 160 psi

Con los datos anteriores se aplica la ecuacin de ndice de Productividad qoIP = en la que se proceder a sustituir los datos encontrados de pwf y se igualaran pws pwf en una ecuacin simultnea para encontrar la pws. qo qo IP1 = = IP2 = pws pwf pws - pwf 600 1,000 = pws 1,800 pws 1,640

600 pws - 600(1,640) = 1,000pws 1,000(1,800) 600 pws - 1,000 pws = 1,000(1,800) + 600(1,640) -400 pws = - 81,5000 pws = 2040 psi

Sustituyendo en la ecuacin para IP1 600 IP1 = = 2.5 bl/da/psi 2040 - 1800 1,000 IP2 = = 2.5 bl/da/psi 2040 - 1640Ejercicio

Clculo del Gasto de Gas

Sean los siguientes datos:

Pth = 60 kg/cm2 R = 250 m3/m3 S = qg = ?

Solucin:

1.- Convertir las unidades

Pth = 60 kg/cm2 x 14.2 = 852 psiR = 250 m3/m3 x 35.314 / 1,000 x 6.29 = 1.403 Mft3/blS = 0.5 pulgadas x 32 (1)/32(2) = 32

2.- Aplicar la ecuacin de Ross: Pth = 600 qoR0.5 / S2 despejar qo qo = Pth S2 / 600 R0.5 qo = 852 (32)2 / 600 (1.403)0.5 qo = 1227 bl/da qgComo la RGA= qg = RGA x qo qo qg = 1.403[ bl/da] x 1227[Mft3 / bl] qg = 1,721.4Mft3 / da qg = 1,721.4/1,000 = 1.721 MMPCDEjercicio

Seleccione el dimetro ptimo de las tubera de produccin dadas para manejar el gasto descrito en los datos siguientes:

qo = 1,000 bl/da (*todo es aceite) Solucin: Qu parmetros no se conoce? La Pwf Pth = 120 psi Pws = 2,800 psi a) Clculo de la pwf con la ecuacin de IP L = 8,000 ft qo 1,000R = 400 ft3/bl IP = ; 1 = IP = 1 pws pwf 2,800 - pwf Tuberas de Produccin dadas: pwf = 2,800 1,000 pwf = 1,800 psi2 3/8 = 2 2 7/8 = 2 b) Ensayos con diferentes grficas de acuerdo a TP, qo y RGA3 = 3 para determinar el menor valor de pwf

Pth= 120 Pwf = 2100 psi Longitud Equivalente = 900 ftPara TP = 2 Longitud Original = 8,000 ft qo = 1,000 bl/da Longitud Total = 8,900 ft RGA = 400 ft3/daUtilizar la Grfica C-167 Pwf = 2,100 psi 900

8900 RGA = 400c) Para TP = 2 7/8 = 2 d) Para TP = 3 = 3 qo = 1,000 bl/da qo = 1,000 bl/da RGA = 400 ft3/bl RGA = 400 ft3/bl Utilizar la Grfica C-218 Utilizar la Grfica C-272 Pth= 120 Pwf= 1460 Pth = 120 Pwf= 1,680

1,500 1,200

9,200 RGA=400 9,200 RGA=400

Longitud equivalente = 1,200 ft Longitud Equivalente = 1,500 ftLongitud Original = 8,000 ft Longitud Original = 8,000 ftLongitud Total = 9,200 ft Longitud Total = 9,500 ft

Pwf = 1,680 psi Pwf = 1,460 psi

Conclusin: El dimetro ptimo para manejar el gasto de 1,000 bl/da es la TP de 3 por es donde se tiene la pwf ms baja o menor cada de presin. BOMBEO NEUMATICO

El Bombeo Neumtico es un medio de levantamiento de fluidos desde el fondo hasta la superficie, por la inyeccin de gas comprimido a una presin relativamente alta al espacio anular, el cual pasa a la tubera de produccin a travs de vlvulas colocadas dentro de accesorios llamados mandriles, en uno o ms puntos de inyeccin. Lo anterior, con la principal finalidad de dar continuidad a la produccin del pozo porque su vida con flujo natural lleg a su fin. Produccin de aceite/gas Esto se puede comprobar mediante Anlisis Nodal Inyeccin de Gas Lift comprimido por espacio anular Conceptos Fundamentales: TR - Presin TP - Densidad - Gravedad especifica Mandriles (vlvulas) - Relacin entre Presin y Densidad - Gradiente de Presin - Leyes Fundamentales de los Gases - Presin de Fondo Esttica - Abatimiento - ndice de Productividad Empacador - Mecanismos de Empuje de Yacimientos etc. Pws Disparos YACIMIENTO Tipo de Instalaciones

Clasificacin

En general 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 pueden tener un asiento amplio para el caso de BN Intermitente y suministrar un volumen de gas rpidamente a la TP para desplazar el bache de lquido.

Condiciones que Influyen en el Diseo de una Instalacin de BN

Las caractersticas del pozoTipo de terminacin tal como agujero descubierto, As como la posible produccin de arena y la conificacin de agua y/o gas

Para determinar el tipo de instalacin inicial que se use, se debe decidir en funcin del comportamiento futuro del pozo, incluyendo el decremento de presin de fondo fluyendo y el ndice de productividad.

Tipo Abierta

Es caso el gas se inyecta por espacio anular TP-TR y se produce por TP, es decir, que no hay ni vlvulas ni empacadores, el aparejo de produccin queda suspendido dentro del pozo. Esta instalacin queda restringida a pozos con buenas caractersticas, y que el nivel de fluidos muy alto, formando un sello o tapn. Esta instalacin no se debe utilizar cuando existe posible liberacin de gas alrededor del fondo de la TP (debe haber Pinyec de gas constante). Existen problemas cuando la Pinyec vara ya que hace fluctuar el nivel de aceite en el espacio anular, afectando a las vlvulas de inyeccin, si estas existen adaptadas en el aparejo de produccin. Debido a los posibles inconvenientes este tipo de instalacin no es recomendable

Tipo Semicerrada

Es similar a la abierta solo que se adiciona un empacador, el cual sirve para aislar el espacio anular TP-TR. Se puede utilizar tanto en BNC como en BN Intermitente. Tiene las ventajas siguientes: Una vez que el pozo descarga este no puede regresar al espacio anular ya que existe un a vlvula check en las vlvulas; el fluido dentro de la TP ah queda almacenado no pasa al espacio anular; el empacador asla a la TR de cualquier fluido proveniente del fondo del fondo la TP. Esta instalacin permite que la presin del gas en la TP acte contra la formacin, como en el BN Intermitente.

Tipo Cerrada

Es parecida a la anterior, excepto, que tiene una vlvula de pie en la parte inferior de la TP y acta de manera inmediata en el fondo y evita que la presin del gas de inyeccin acte contra la formacin y que protege a la formacin al querer entrar algn fluido en ella.

Principios de Operacin del BN

Para transferir el fluido desde la formacin hasta los tanques de almacenamiento, sta debe tener la presin suficiente para vencer la resistencia del flujo en su trayectoria. Esta trayectoria consiste de:

YacimientoDisparosAparejo de produccin dentro del pozoRestricciones en la cabeza del pozo y tubera de descarga (bajantes) en la superficie Instalaciones en la separacin de lquido y gas

Esquemas de Instalaciones: Entrada de produccin o o o o o Produccin o 0 o o 0 0 Produccin Gas o 0Gas o Entrada de Gas o o 0 o o0 o 0 o Vlvulas de Descarga o0 o 0 o Vlvulas o Vlvula de Descarga 00 o Convencionales 0 00 o 0 00 o Vlvula de Operacin o Vlvula de Operante 00 0 o 0 0 0 o o 00 o o0 Flujo sello o o o o o o o 0 0 0 0 o o 0 o 0 0 0 0 0 0 o 0 o 0 o 0 o 0 0 0 0 o o 0 0 0 0

Instalacin Abierta Instalacin Semi-cerrada Instalacin Cerrada

La resistencia de cada seccin tiene diferentes caractersticas y es evaluada en diferentes formas:

La resistencia yacimiento disparos fondo de pozo. Esta definida por el ndice de ProductividadLa resistencia del flujo en el aparejo de produccin. Esta puede ser determinada como la diferencia en presin requerida para provocar el flujo en una determinada cantidad de lquido, a travs de una tubera de determinada longitud y se denomina gradiente de presin fluyendo o fluyenteLa resistencia causada en el cabezal del pozo se debe al tamao, longitud y configuracin de la tubera necesaria.La resistencia en las instalaciones de separacin depende de la presin necesaria para transferir el fluido, a travs del separador, a la velocidad deseada. Esta presin es generalmente controlada por reguladores de contra-presin y vlvulas de alivio. Es claro que reduciendo la resistencia de cualquier seccin de la trayectoria del flujo, la produccin del fluido puede aumentar.

Seleccin de Equipo

Equipo Superficial

1.- Sistema de Control: La vlvula de control de flujo ajustable o un regulador de presin producir resultados satisfactorios. Sin embargo,, cuando se tenga gas suficientemente hmedo, el regulador puede resultar mejor ya que es menos susceptible al congelamiento.

2.- Cabeza del Pozo: El rbol de vlvulas y la tubera de produccin adjunta deben ser tan libres de restricciones como sea posible, tal como estranguladores, codos, etc. En algunos casos el doblar la tubera en lugar de emplear conexiones resulta en considerables beneficios.

3. Instalaciones de Separacin: El separador debe tener capacidad adecuada y la presin de operacin debe ser tan baja como sea posible. Las lneas de flujo sern tan grandes y cortas dentro de lo econmicamente posible

Para arrancar los pozos es necesario contar en superficie con instrumentos tales como:

Medidor de Gas: Para medir el gas inyectado al espacio anular del pozo, el ms empleado es la vlvula de orificio aunque ahora son vlvulas auto-ajustables.

Un Medidor de Fluidos: Para medir la cantidad de fluido que se produce, tales como medicin volumtrica automtica, medidores de desplazamiento positivo, o en su caso, tanques de medicin porttiles o atmosfricos.

Registrador de Presin: Para conocer la presin de ajuste del control superficial y observar la presin de la tubera de produccin durante el periodo de ajuste, el ms utilizado es el grafica circular rotatoria con dos elementos registradores de presin los hay desde 24 horas hasta de 7 das, los ms tiles son los de rotacin de 24 horas de flujo continuo.

Equipo Subsuperficial

Vlvulas de Inyeccin: La seleccin de equipo convencional o recuperable deber estar basada en la economa de la instalacin particular. En cualquier caso, el dimetro mximo de la vlvula y mandril debe ser menor que el dimetro mnimo de la menor seccin de la tubera de revestimiento del pozo. Para flujo continuo, la tubera de produccin puede ser tan grande como sea prctico sin causar excesiva cada de presin para el paso de gas en el espacio anular.

Empacador: Un empacador no ser necesario en la mayora de los casos, sin embargo, permite repetidos arranques sin necesidad de descargar el pozo cada vez. En caso de que se encuentre arena en el fluido, las posibilidades de daar las vlvulas se reducen cuando no hay que descargar el pozo cada vez que haya que arrancarse nuevamente.

Camisas de Circulacin: En caso de encontrarse considerable cantidad de arena u otra materia extraa dentro de un pozo, es a menudo econmico instalar una vlvula con camisa de circulacin de instalacin recuperable mediante lnea de alambre (de acero) justamente arriba del empacador, de tal forma, que los slidos se transfieran a travs de esta vlvula durante la operacin inicial del pozo, en lugar de transferirlos a travs de las vlvulas.

Tipos de Vlvulas de BN

Existen dos tipos de vlvulas de bombeo neumtico:

Balanceadas: son aquellas que abren y cierran a la misma presin y no est influenciada por la presin en la tubera de produccin cuando est en la posicin cerrada o abierta.

Desbalanceadas: Son las que abren a una cierta presin y cierran a otra presin diferente ms baja.

Una vlvula para BNC 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 TP. Cuando la presin decrezca la vlvula debe empezar a regular el cierre, para disminuir el paso de gas Cuando la presin en la TP sube 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.

Una instalacin de BNI puede llevarse a cabo con cualquier tipo de vlvula de BN, solo que debe ser diseada apropiadamente, de acuerdo a las caractersticas o condiciones de trabajo del pozo. Bsicamente se tienen dos tipos de bombeo intermitente; uno es el de punto nico de inyeccin y el otro tipo de bombeo es el de punto mltiple de inyeccin. En el punto nico de inyeccin, todo el gas necesario para subir el bache de aceite a la superficie se inyecta a travs de la vlvula operante.

Para el de punto ptimo de inyeccin, la expansin del gas eleva consigo el bache de aceite a una vlvula inmediata superior, en este tipo abre la vlvula que se encuentra debajo del bache de aceite y se comporta como una vlvula de operacin.

Bombeo Neumtico Continuo (BNC)

En este mtodo se introduce un volumen de gas a alta presin por el espacio anular a la tubera de produccin para airear o aligerar la columna de fluidos, hasta que la reduccin de la presin de fondo permita una diferencial suficiente a travs de la formacin, causando que el pozo produzca al gasto deseado. Para realizar esto se utiliza una vlvula en el punto de inyeccin ms profundo con la presin disponible del gas de inyeccin, junto con la vlvula reguladora en la superficie. El mtodo es utilizado en pozos de alto ndice de productividad y presin e fondo elativamente alta.

En pozos de este tipo la produccin de fluidos puede estar dentro de un rango de 200 a 20,000 bpd. El dimetro interior de la TP rige la cantidad de flujo, siempre y cuando el IP del pozo, la Pwf, el volumen y la presin del gas de inyeccin y las condiciones mecnicas son las ideales.

Bombeo Neumtico Intermitente

Este sistema se produce peridicamente un determinado volumen de aceite impulsado por el gas que se inyecta a alta presin, el gas es inyectado desde la superficie en el espacio anular por medio de un regulador, un interruptor o por la combinacin de ambos; posteriormente, este gas pasa del espacio anular a la TP a travs de una vlvula que va insertada en la TP. Cuando la vlvula abre, el fluido proveniente de la formacin, que se ha estado acumulando dentro de la TP, es expulsado al exterior en forma de un tapn o bache de aceite a causa de la energa del gas. Sin embargo, debido al fenmeno de resbalamiento del lquido, que ocurre dentro de la tubera de produccin, solo una parte del volumen de aceite inicial se recupera en la superficie, mientras que el resto del aceite cae al fondo del pozo integrndose al bache de aceite de formacin. Despus de que la vlvula cierra, transcurre un periodo de inactividad aparente, hasta formar un determinado volumen de aceite con el que se inicia otro ciclo.

En el BN Intermitente el gas inyectado a intervalos regulares, de tal manera, que el ciclo es regulado para que coincida con la relacin de fluidos que est produciendo la formacin hacia el pozo. Este sistema es utilizado en pozos con volmenes de aceite generalmente bajos o en pozos que tienen las siguientes caractersticas: Alto IP (>0.5 bpd/psi) en pozos con alta presin de fondo y columna hidrosttica del orden del 30% o menor en relacin a la profundidad. Bajo IP ( 743 psi

*Un pozo mientras ms contrapresin tenga se presentar un fenmeno de resbalamiento y en condiciones normales la produccin es del 50 0 60%.

Diseo Analtico de un Aparejo de Bombeo Neumtico

Por lo regular este diseo se basa en suposiciones de previas experiencias

Dv1 = PKO - Pth / Gs ; Tambin Pso = Psc

Dv2 = Dv1 + Pso1 Gu (Dv1) Pth / Gs

Dv3 = Dv2 + Pso2 Gu (Dv2) Pth / Gs

Dv4 = Dv3 + Pso3 Gu (Dv3) Pth / Gs

Donde

Dv1, Dv2, Dv3 .- Profundidad de las Vlvulas PKO .- Presin Disponible del Sistema [psi] Pth .- Contrapresin [psi] Gs .- Gradiente esttico Gu .- Gradiente de Descarga Psc .- Presin Superficial de Cierre de la Vlvula Pso .- Presin Superficial Operativa de la Vlvula

No se recomienda que una vlvula quede instalada muy cerca del empacador debido a que existe fluido con slidos entrampados arriba de este hasta una cierta altura en el espacio anular.

Es recomendable que antes de hacer el diseo de BN se tome un registro de presin esttico en el pozo para conocer la pws, altura de fluido, gradientes que existen dentro del pozo y de ser posible la pwf.

La Pso puede ser tambien Psc (presin superficial de cierre) ambos se determinan partiendo de la PKO y tambin por experiencia del analista.

Sea una presin de operacin de 600 psi. Puede ser la misma presin para todas las vlvulas, pero siempre hay un rango de presin de 20 psi a cada vlvula para ver cual es la que opera.

Para obtener la Pvc o Presin de Cierre de cada una de las vlvula a la profundidad a que se hallan es la expresin siguiente:

Pvc = Psc + [ Dv (Wg) / 1,000] ; donde la Wg es el peso del gas columna de gas

Suponiendo el valor de 580 psi y un g = 0.65, leemos en la CHART No.1 un valor de Wg = 14, el cual se sustituye en la frmula anterior

Pvc = 580 + [2,000(14) / 1,000]Pvc = 580 + 28Pvc = 608 psi

Ejemplo Ilustrativo Solucin

Datos a) Fijar el empacadorPresin superficial = 700 psiDimetro de la TP = 2 b) Clculo de la profundidad de la 1 vlvulaPth = 30 psi Gradiente = 0.5 psi/pie (agua salada) Dv1 = PKO Pth / Gs = 700 30 / 0.5 = 1340 piesProfundidad = 4,400 piesProf. De Empacador = 4380 pies c) Clculo de las dems vlvulasTemp. De formacin = 130 F Vlvulas de BN = 1 y 3/8 Dv2 = Dv1 + [ Psc1 Gu(Dv1) Pth / Gs ]Densidad del Gas = 0.65 d) Localizar el valor de Gu en la Chart 2 A Otis con los valores de qo = 50 bpd y TP = 2 o 2.5 leyendo en la ordenada Gu = 0.04Sustituyendo valores en la ecuacin de Dv2

Dv2 = Dv1 + [ Psc1 Gu(Dv1) Pth / Gs ]

* Considerando una Presin Superficial de Cierre (Psc) de la vlvula de 600 psi (y tomando como criterio prctico de una cada de presin de 20 psi, entonces Psc = 600 20 = 580 psi)

Dv2 = 1340 + [ 580 0.04 (1,340) / 0.5 ] = 2332.8 pies

Dv3 = Dv2 + [ Psc2 + Gu (Dv2) - Pth / Gs ]

* A 580 hay que ir descontando 20 psi por cada vlvula que se calcule

Dv3 = 2332.8 + [ 560 0.04(2332.8) 30 / 0.5] = 3206.18 pies

Ejercicio Solucin

Datos a) Fijar el empacadorPresin superficial = 800 psiDimetro de la TP = 3 b) Clculo de la profundidad de la 1 vlvulaPth = 40 psi Gradiente = 0.5 psi/pie (agua salada) Dv1 = PKO Pth / Gs = Profundidad = 4,500 piesProf. De Empacador = 4380 pies c) Clculo de las dems vlvulasTemp. De formacin = 120 F Vlvulas de BN = 1 y 3/8 Dv2 = Dv1 + [ Psc1 Gu(Dv1) Pth / Gs ]Densidad del Gas = 0.65 d) Localizar el valor de Gu en la Chart 2 A Otis con los valores de qo = 50 bpd y TP = x leyendo en la ordenada Gu =

Sustituyendo valores en la ecuacin de Dv2

Dv2 = Dv1 + [ Psc1 Gu(Dv1) Pth / Gs ]

* Considerando una Presin Superficial de Cierre (Psc) de la vlvula de 600 psi (y tomando como criterio prctico de una cada de presin de 20 psi, entonces Psc = X 20 = X psi)

Dv2 = X + [ X 0.04 (X ) / 0.5 ] = X

Dv3 = Dv2 + [ Psc2 + Gu (Dv2) - Pth / Gs ]

* A 580 hay que ir descontando 20 psi por cada vlvula que se calcule

Dv3 = X + [ X 0.04(X) X / 0.5] = X

Diseo Grfico para Flujo Intermitente

Datos Requeridos: Secuencia de clculo: 1.- En papel milimtrico construir una grfica Profundidad Vs Presin

Presin (psi)

Profundidad (pies) 2.- Fijar la profundidad del empacador a la que va a ir colocado. Marcarla con una lnea horizontal para lela a eje de presin. En este caso es la profundidad total del pozo 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 F 80 100 120 140 160 180

1,000 (450, 1,000) Lnea de Gradiente 2,000 Esttico

3,000 Bajar la lnea de Gradiente paralela interceptando la Lnea de Presin de Opn 4,000 Lnea de Presin de Opn

5,000 Lnea de Presin de Cierre de Vlvula 6,000 Lnea de Gradiente 7,000 de Descarga

8,000 370 910 1010 Profundidad del Empacador

Profundidad Total 8,000 piesP mx. de Gas de Inyeccin 900 psiPresin de Operacin 850 psi Contrapresin 50 psiGasto Requerido 100 bpdDimetro de TP2 3/8Tubera de Revestimiento5 ; 17 lb-pieDensidad del Gas0.65 Densidad del Aceite0.85 Temperatura de la Formacin180 FTemperatura de Superficie80 FGradiente Esttico0.4 psi/pie3.- Marcar en el eje de presiones el dato de Presin de Operacin Trazar la Lnea de Presin de Operacin de la forma siguiente De la Chart No. 1 Otis entrar en la ordenada con 850 y cortar la diagonal de 0.65 correspondiente a densidad de gas y bajar a la ordenada donde se lee un valor de 20 psi/1,000 pies

Ahora hacemos : 20 x 8,000 / 1,000 = 160 psiY se lo sumamos a 850 psi de donde

850 160 = 1,010 psi; este valor se colocar sobre el eje correspondiente al empacador y unimos los puntos (850 y 1010) con una diagonal, la cual se le llamar Lnea de Presin de Operacin

4.- Trazar la Lnea de Presin de Cierre de la Vlvula Ahora en lugar de tomar el valor de 850 psi tomaremos (por experiencia y de manera prctica) 750 psi, es decir, 100 psi menos y hacemos

750 + 160 = 910 psi; este valor se colocar en la lnea del empacador y se buscar el de 750 psi en el eje de presiones y se unen con una recta en diagonal.

5.- Marcar sobre el eje de presin la Pth o de Contrapresin Pth = 50 psi Con la Chart 2 A Otis, entramos con el Gasto requerido de 100 bpd y para un dimetro interior de 2 (igual a 2 3/8) Para 100 bpd y TP 2 el valor en la ordenada es de Gu = 0.08 Para 50 bpd con TP 2 el valor Gu = 0.06

6.- Obtener el Gradiente de Descarga (Gu) con la Chart 2 A Otis entramos en la abscisa con 50 bpd y 2 dando un valor en la ordenada de Gu = 0.04 Hacemos 8,000 x 0.04 = 320 psiCorrigiendo con 50 psi 320 + 50 = 370 psi valor que se ubicar sobre el eje de la profundidad del empacador

Con el valor de 50 psi en el eje de presiones y el de 370 psi sobre el eje del empacador se unen por medio de una recta diagonal con lo que se obtiene la Lnea del Gradiente de Descarga7.- Obtener la Lnea e Gradiente Esttico

Teniendo como dato este parmetro y cuyo valor es 0.4Busquemos para los primeros 1,000 pies

0.4 psi/pie x 1,000 pie = 400 psi

y corrigiendo para 50 psi se tiene: 400 psi + 50 psi = 450 psi

Ubicamos los valores de 450 psi y 1,000 pies en la grfica de Presin Vs Profundidad

8.- Fijar la Profundidad de las Vlvulas

Profundidad de la Primera Vlvula:

Donde intercepta la Lnea de Gradiente Esttico con la Lnea de Presin de Operacin se baja una lnea paralela al eje de Presin hasta que pase por el punto de intercepcin de las lneas anteriores y se traza hasta cortar el eje de profundidad el valor de profundidad que marque esa ser la profundidad a la que estar ubicada la Primera Vlvula

Profundidad de la Segunda Vlvula:

Trazar una lnea paralela a la de Gradiente Esttico, pero esta nueva lnea ser a partir del punto de intercepcin de la Lnea de Gradiente de Descarga Altura de la Primera Vlvula extrapolando hasta interceptar con la Lnea de Presin de Cierre de la Vlvula y para localizar la profundidad de la segunda vlvula se traza una lnea paralela que pase por la intercepcin de la Lnea de Presin de Cierre de la Vlvula Lnea Paralela a la Lnea de Gradiente Esttico.. Hay que trazar de manera que alcance el eje vertical para leer la profundidad a la que va a ir la segunda vlvula.

Profundidad de la Tercera Vlvula

Y as sucesivamente, se recomienda que la ltima vlvula queda por encima del empacador entre 30 y 50 m para evitar que el fluido sucio atasque los orificios de las vlvulas y no permuta que el gas entre hacia el pozo.Determinar las Profundidades y Presiones de Cierre en el taller de las vlvulas

Datos:

Presin Disponible del Sistema = (PKO) = 700 psiPresin Superficial Operativa de la Vlvula = PSO = 600 psiqo = 50 bl/da TP = 2 Pth = 30 psiGs = 0.5 psi/pieProfundidad de los Disparos = 4,400 piesProfundidad del empacador = 4,380 psiTemperatura de la Formacin = 130 FTemperatura Superficial = 80 FSe necesitan vlvulas de 1 x 3/8

Solucin:

Calcular la profundidad a la que van colocadas las vlvulas mediante las ecuaciones

Dv1 = PKO - Pth / Gs = 700 30 / 0.5 = 1340 pies Dv3 = Dv2 + [Psc2 Gu (Dv2) Pth / Gs ] = 2172.8 + [ 480 0.04(2172.8) 30 / 0.5Psc1 = Pso 100 = 2898.9 pies = 600 100 = 500 psi Psc3 = Pso - 140Dv2 = Dv1 + [Psc1 Gu (Dv1) - Pth / Gs ] = 600 - 140 = 1,340 + [500 0.04 (1,340) 30 / 0.5] = 460 psiDv2 = 2172.8 pies Dv4 = Dv3 + [Psc3 Gu (Dv3) Pth / Gs ]Psc2 = Pso 120 = 2898.8 + [460 0.04(2898.9) 30 / 0.5 600 120 = 480 psi =3526.9 pies

Psc4 = Pso 160 = 600 160 = 440 psiDv5 = Dv4 + [ Psc4 Gu(Dv4) Pth / Gs ] Clculo de la Presin en Probador (PTRO) 3526.9 + [ 440-0.04(3526.9) 30 / 0.5] = 4064.7 pies PTRO = Pd / 1 R; donde R = 0.1434 Psc5 = Pso 185 PTRO1 = 505 / 0.8566 = 415 psi = 589.54 PTRO2 = 492 / 0.8566b) Clculo de los Presin de Cierre de la Vlvula (Pvc) = 574.36 PTRO3 = 470 / 0.8566Pvc = Psc + ( Wg(Dv) / 1,000) = 548.68 PTRO4 = 450 / 0.8566De la Chart 1 Otis tomar el valor de 580 con la = 0.65 = 525.33 Wg = 14.2 PTRO5 = 430 / 0.8566 = 501.98Donde: Pvc1 = 500 + (14.2(1340)/1,000) = 519 psi Pvc2 = 480 + (14.2(2172.8)/1,000) = 510.85 psi Pvc3 = 460 + (14.2(2898.9)/1,000) = 501.16 psi Pvc4 = 440 + (14.2(3526.9)/1,000) = 490.08psi Pvc5 = 415 + (14.2(4064.7)/1,000) = 472.71psi

BOMBEO MECNICO

Este tema involucra algunos aspectos del bombeo con varilla de succin y los instrumentos utilizados para analizar el comportamiento de un pozo con un tipo de bombeo mecnico. Se utilizan varios sistemas diferentes de bombeo, por ejemplo:

Bombeo convencional con varillas de succinBombeo de carrera largaBombeo hidrulico, centrifugo y snico

Aqu solamente se tratar el bombeo convencional con varilla de succin, ste mtodo tiene muchas caractersticas interesantes, pero todava existen algunas interrogantes por resolver como son:

Determinar la profundidad de colocacin de la bomba y el dimetro del mbolo que puede transportar el mximo gasto con bombeo de un pozo particularOtro problema interesante es el de las anclas separadoras de gas (separadores de fondo en el agujero), yLa interpretacin de los resultados con los dispositivos para determinar la profundidad del nivel de fluido en el espacio anular durante el bombeo

Por estas razones es necesario entender muy bien el proceso de bombeo, y la capacidad para disear las instalaciones de bombeo con un grado aceptable de tolerancia se acenta por la tendencia a utilizar el bombeo en profundidades cada vez mayores.

Los problemas insignificantes que se pueden presentar al instalarse una bomba a 2,000 pies, pueden volverse importantes cuando la bomba se instala a 10,000 pies

CICLO DE BOMBEO

La bomba consiste de un cilindro o camisa suspendida en la TP, el mbolo se mueve de arriba abajo por dentro del cilindro mediante una sarta o serie de varillas enroscadas y acopladas en superficie a la unidad de bombeo. La unidad y la mquina motriz en la superficie le suministran el movimiento oscilatorio a la sarta de succin y, en consecuencia, a la bomba. En el fondo del cilindro est instalada una vlvula estacionaria de bola de asiento, la vlvula estacionaria o fija (SV), mientras que una segunda vlvula de esfera y asiento, la vlvula viajera (TV) est ubicada en el mbolo

Descripcin de Movimientos del Embolo

Movimiento Descendente del Embolo, Cerca del Fondo de la Carrera

A travs de la vlvula viajera TV abierta, se mueve el fluido hacia arriba, mientras que el peso de la columna de fluido en la TP est soportada por la vlvula estacionaria fija SV, la cual est cerrada. Si la pwf fuera mayor que el peso de la columna de fluido, la SV estara abierta, an cuando el mbolo estuviera cerca del fondo de su carrera el pozo fluira o simplemente se pondra en movimiento.

b) Movimiento Ascendente del Embolo, Cerca del Fondo de la Carrera Ahora, la vlvula viajera TV est cerrada, en consecuencia, la carga debida a la columna de fluido se ha transferido de la TP a la sarta de varillas. La vlvula estacionaria fija SV abierta, se abre tan pronto como la presin de abajo excede la presin de arriba; la posicin en la carrera hacia arriba, en la cual ocurre esto, depende del espaciamiento de la bomba, es decir, del volumen incluido entre las vlvulas SV y TV al fondo de la carrera, y el porcentaje de gas libre atrapado en el volumen de fluido.

Movimiento Ascendente del Embolo, cerca de la Parte Superior de la Carrera

Si en el pozo existe produccin obtenida con bombeo, la vlvula estacionaria fija SV debe estar abierta este tiempo, permitiendo que la formacin entregue la produccin a la TP. La vlvula viajera TV est cerrada.

Movimiento Descendente del Embolo, Cerca d la Parte Superior de la Carrera

La vlvula estacionaria SV est cerrada por el aumento de presin que resulta de la compresin de los fluidos en volumen entre las vlvulas SV y TV. La vlvula viajera TV est abierta, pero el punto de la carrera hacia abajo en el cual se abre, depende del porcentaje de gas libre en los fluidos entrampados, ya que la presin por abajo de la vlvula, debe de exceder a la presin de arriba (es decir, la presin debida a los fluidos en la TP arriba del mbolo) antes de que la vlvula viajera TV se abra.

EQUIPO SUPERFICIAL Y SUBSUPERFICIAL

EQUIPO SUPERFICIAL

El movimiento rotatorio de la manivela se convierte en oscilatorio a travs el balancn.

El arreglo del cabezal del balancn y del cable de jaln se utiliza para asegurar que la tensin aplicada a la sarta de varillas de succin sea siempre vertical, de modo que, no se apliquen momentos de flexin a esa parte e sarta arriba del prensaestopas.

La combinacin varilla pulida y prensaestopas se utiliza para mantener un buen sello lquido en la superficie.

Existen una amplia gama de tamaos de unidades convencionales con viga de bombeo. La longitud de la carrera para cualquier unidad vara dentro de ciertos lmites, son posibles seis longitudes diferentes, las cuales se logran variando la posicin de la conexin de la biela en la manivela.

Los rangos del balancn, expresados en cargas mximas permisibles en las varillas pulidas (PRL), varan desde 3,000 a 35,000 lb. Tambin estn disponibles otros tipos de unidades; las unidades balanceadas por aire y unidades hidrulicas de carrera larga, cada una tiene rangos de aplicacin para las cuales son particularmente ventajosas.

El Contrabalanceo en las unidades de viga de balancn se realiza colocando pesos directamente sobre la viga enlas unidades ms pequeas agregando pesos a la manivela rotatoria, o bien, mediante la combinacin de dosmtodos en las unidades ms grandes. En diseos ms recientes, el contrabalanceo rotatorio puede ajustarse corriendo la posicin del peso en la manivela mediante un gato de tornillo o de pin o cremallera.

Los tipos de mquinas motriz son los de motor elctrico y de combustin interna. En la actualidad la tendencia es proporcionar a cada equipo su propio motor y la potencia se les genera con una planta central y se les transmite a los pozos mediante lneas encadenadas de movimiento alternativo.

Las ventajas principales de los motores elctricos sobre los de gas se encuentran en sus costos iniciales y de mantenimiento ms bajos, servicios confiables en cualquier clima y la facilidad de adaptacin a un sistema automtico en cualquier parte, adems, los motores de gas tienen la ventaja de condiciones de carga y combustible barato (gas de BN)EQUIPO SUBSUPERFICIAL

Las varillas de succin estn construidas principalmente de hierro junto con otros materiales (carbono, manganeso, silicio, nquel, molibdeno y cobre) para mejorar su resistencia y dureza; sin embargo, no se recomienda rebasar los esfuerzos que excedan de 30,000 psi en las varillas pulidas, este valor disminuye conforme aumentan las propiedades del fluido corrosivo que se va a bombear. Las varillas de succin estn disponibles en diferentes tamaos, los cuales son: 5/8, , 7/8 1 y 1 1/8 de dimetro.

Lasa bombas subsuperficiales son de dos tipos:

Bombas para tubera de produccin yBombas de varillas

La ventaja de estas ltimas es que el ensamble completo de la bomba incluyendo el cilindro y la SV se corre en la sarta de varillas, el reemplazo y la reparacin se vuelve ms barata, ya que no es necesario recuperar la TP, es que el dimetro del mbolo debe ser ms pequeo (para un tamao de TP dado) lo cual reduce la capacidad de la bomba. Los dimetros de los mbolos pueden variar entre 5/8 y 4 , el rea del mbolo vara de 0.307 a 17.721.

Las Velocidades Normales de Bombeo con varillas de succin varan de 4 a 40 emboladas por minuto, dependiendo de la diferencia de los pozos y de las propiedades de los fluidos.

Movimiento de la Varilla Pulida

En este anlisis se supone que la manivela gira a una velocidad angular constante, el punto de conexin biela-manivela genera un movimiento armnico simple en la direccin vertical, de manera que el movimiento del cabezal del balancn y de la varilla pulida, es una modificacin del movimiento armnico simple. Las variaciones del movimiento armnico verdadero son debidas a la geometra del sistema de palanca y difieren de unidad en unidad. Obsrvese los dos puntos siguientes:

1.- En una unidad de tipo convencional, la aceleracin en el fondo de la carrera es un poco mayor que la aceleracin armnica simple verdadera, mientras que es menor en la parte superior de la carrera. Aqu se encuentra una de las desventajas mayores de la unidad convencional, a saber, que en el fondo de la carrera, precisamente en el momento que se cierra la vlvula viajera y la carga del fluido se transfiere a las varillas, la fuerza de la aceleracin en las varillas es mximo.

Estos dos factores se combinan para crear un esfuerzo mximo en el sistema de varillas que es uno de los factores que restringen el diseo de la instalacin.

2.- El sistema de palanca de la unidad balanceada por aire produce la aceleracin mxima en la parte superior de la carrera, mientras que la aceleracin al fondo de la carrera es menor que la que se genera e el movimiento armnico simple. En consecuencia, se establece un mximo esfuerzo menor en el sistema de varillas al usar una unidad balanceada por aire y no una de tipo convencional, en igualdad de otros factores.

Anlisis Aproximado del Bombeo con Varilla de Succin: Varilla de Dimetro nico

En este anlisis no se permiten tolerancias para las cargas reflejadas que continuamente se transmiten de arriba y abajo en la sarta de las varillas de succin y que se superponen, como cargas aditivas o substractivas, en aquellas debidas a los pesos de las varillas y del fluido y a la aceleracin de la masa del sistema. Con esta simplificacin, la PRL durante esa parte de la carrera hacia arriba la vlvula viajera TV est cerrada y adems est compuesta por los siguientes trminos:

PRL = los rangos del balancn, expresados en cargas mximas permisibles en las varillas pulidas

La presin ejercida por el fluido en la TP multiplicada por el rea neta del mbolo(el rea neta del mbolo es el rea total del mbolo menos el rea de la seccin transversal de la varilla de succin).

ms el peso del mbolo ms el peso de las varillas ms el trmino de aceleracin ms el trmino de friccin menos el empuje hacia arriba dese abajo en el mbolo

Con el objeto de dimensionar correctamente la sarta de varillas (de un solo dimetro) y determinar los factores limitantes en la velocidad de bombeo como son: la longitud de la carrera, rea de la seccin transversal del mbolo, etc., es necesario calcular la PRL, teniendo en cuenta que el esfuerzo mximo en las varillas pulidas debe mantenerse por abajo de un cierto lmite prctico que depende de las varillas mismas y, tambin de que las condiciones de operacin sean corrosivas o no.

Estas aproximaciones tienden a hacer menor el valor de la PRL mxima que el mximo real por la forma en que se calcularon. Para compensar esto, se hacen tambin ciertas suposiciones de simplificacin que actan en la direccin opuesta. Estas son:

Primero, que hay cero empuje en el mbolo desde abajo (o sea que, la presin en el pozo a la entrada de la bomba es cero, que el pozo bombea por succin) y,

Segunda, que la vlvula viajera TV se cierra en el instante en el cual el trmino de aceleracin alcanza su valor mximo; en la prctica etas dos cosas no ocurren simultneamente, por lo que, el trmino de aceleracin puede ser un poco menor que el mximo y disminuir en el momento en que se aplica la carga del fluido. En resumen , la PRL mxima est compuesta de los siguientes trminos: 62.4 D(Ap Ar) ws D Ar ws D Ar S N2 MMxima PRL = ------------------------- + ---------------- + ( ------------- ---------------- ) 144 144 144 70,500

Donde: = densidad relativa del fluido Ap = rea total del mbolo, pulgada2 Ar = rea de la seccin transversal de la varilla de succin, pulgada2 D = longitud de la sarta de varillas de succin, pies ws = densidad del acero, lb/pie3 ws D Ar Si Wr, es el peso de la sarta de varillas en el aire, de tal manera que Wr = ----------- 144

62.4 D Ar 62.4 WrEntonces, ------------------- = ---------------- = 0.1275 Wr aproximadamente 144 ws

Se toma la densidad del acero como 490 lb/pie3. Este trmino frecuentemente se expresa por el smbolo Wrb y se le llama flotacin de las varillas

El trmino 62.4 D Ar / 144 aparece como un trmino de sustraccin en la expresin para la PRL mxima, de modo que, para quedar en el lado conservador en el diseo en las instalaciones, se debe tomar el valor ms bajo de este trmino.

Un aceite crudo de densidad API de 50 tiene una densidad relativa de 0.78 y, en este caso, 0.1275 es igual a 0.1. Al escribir Wf para la carga del fluido en el rea total del mbolo Ap, se tiene que:

62.4 A p D Ap Wf = ----------------- ; reduciendo la ecuacin inicial a PRL mxima = Wf + (0.9 + F1) Wr 144 Donde F1 es la mxima aceleracin de la sarta de varillas en el fondo de la carrera, es decir que F1 para unidades convencionales se expresa de la siguiente manera:

SN2 (1 + c / h) F1 = ---------------------- 70,500

Y F1 para unidades balanceadas por aire

SN2 (1 - c / h) F1 = ---------------------- 70,500

La Mnima PRL = 0.9 Wr F2 Wr = Wr ( 0.9 F2); donde F2 es la aceleracin mxima de la sarta de varillas en la parte superior de la carrera. Es decir:

SN2 (1 - c / h) F2 = ---------------------- ; para unidades convencionales 70,500 * Para la unidad balanceada por aire, el factor M (factor de maquinaria) se sustituye por 1 c/h

SN2 (1 + c / h) F2 = ---------------------- ; para unidades balanceadas por aire 70,500

Para reducir los requisitos de potencia de la mquina motriz se utiliza un contrabalanceo en el balancn (o manivela rotatoria); una primera aproximacin aceptable para la carga efectiva de contrabalanceo ser la PRL promedio . Por lo tanto, una primera aproximacin ser: C = Wf + 0.9 Wr + (F1 F2) Wr = Wf + Wr (0.9 +/- sSN2/ 70,500h)El valor del par de torsin mximo ejercido normalmente se calcula con la suposicin ms severa posible de que la carga mxima (sarta de varillas pulidas menos el contrabalanceo) se presenta cuando la longitud efectiva de la manivela es tambin un mximo, es decir, cuando la manivela est aproximadamente horizontal. Con esta suposicin, el par de torsin mximo es d2 T = c [ C (0.9 F2) Wr ] ------ d1 = S [ C (0.9 F2) Wr ] pulg lb = S [ Wf + (F1 + F2) Wr ] pulg lb 2 S N2 Wr T = S ( Wf + --------------- ) pulg lb 70,500 70,500 LLa Mxima Velocidad de Bombeo est dada por N = [ ------------------- ] ; donde L es el lmite superior para los S ( 1 -/+ c/h) valores permitidos de la aceleracin hacia abajo, si se considera L = 0.5N se vuelve 188 N = --------------------- ; el signo (-) es para los clculos de [ S ( 1 -/+ c/h ]1/2 unidades convencionales de bombeo y (+) para clculos de unidades balanceadas por aire.

Debido a las propiedades elsticas d la sarta de varillas, el movimiento del mbolo no coincide con el de la varilla pulida. Las dos causas mayores de esta diferencia son el alargamiento y la sobrecarrera.

El alargamiento se origina por la transferencia peridica de la carga del fluido de la vlvula SV a la vlvula TV y a la inversa, y consiste por lo tanto, de dos elementos, a saber, el alargamiento de la varilla y la elongacin de la TP.

El alargamiento de la varilla lo origina el peso de la columna de fluido en la TP, que llega a las varillas en el fondo de la carrera cuando se cierra la vlvula TV; las varillas se liberan de esta carga en la parte superior de la carrera cuando se abre la vlvula TV. Es evidente que la carrera de las varillas pulidas S en una cantidad igual al alargamiento de las varillas. La magnitud de dicho alargamiento es Wf D Sr = ----------------- [pies] Ar E

Donde Wf = peso del fluido, lb D = longitud de la sarta de varillas, pies Ar = rea de la seccin transversal, pulgadas E = mdulo de elasticidad para el acero, el cual es 30 x 106 ; lb/pulg2

La razn para utilizar un anclaje en la TP, es que cualquier elongacin y contraccin peridicas en la TP, causa desgaste en todos los puntos de contacto entre la TP y la TR, lo cual, si se permite que contine debilitar seriamente la TR.

La sobrecarrera del mbolo en el fondo de la carrera, es el resultado de la aceleracin ascendente impuesta en el sistema de varillas de succin que se mueve hacia abajo.

Puede obtenerse una aproximacin a la magnitud de la sobrecarrera suponiendo una sarta de varillas de succin que se acelera verticalmente hacia arriba a razn de F veces la aceleracin debida a la gravedad .

La fuerza vertical requerida para proporcionar esta aceleracin es WrF, donde Wr es el peso de las varillas, y la magnitud del alargamiento de las varillas debido a esta fuerza es

Wr F D So = ------------- [pies] Ar E

SN2 (1 +/- c / h) Wr D SN2 (1 +/- c / h)Pero como la aceleracin mxima F = --------------------- entonces So = --------- ----------------------- [pies] 70,500 Ar E 70,500

El signo (+) se aplica a las unidades convencionales y el (-) a las unidades balanceadas por aire, sustituyendo M por (1 + c/h). Y considerando la densidad del acero como 490 lb/pie3

Wr D SN2 M So = --------- ---------------- [pies] Ar E 70,500

Ar D S N2 M So = 490 -------- D -------------------- ---------------- x 12 [pulgadas] 144 Ar x 30x 106 70, 500 So = 1.93 x 10 -11 D2SN2M Ecuacin de Coberly para la Sobrecarrera Esta expresin no tolera sobrecarrera alguna que pudiera ocurrir en la parte superior de la carrera.La experiencia indica que la sobrecarrera (o deformacin de las varillas) en la parte superior d la carrera es muy pequea, y se amortigua por la columna de aceite en la TP.

Por lo que la carrera del mbolo es aproximadamente: