manual de produccion

Manual de Producción-PAE-Argentina 1-IV

IV - DINAMÓMETROS

Introducción

Optimizar el funcionamiento de un sistema de extracción por bombeo mecánico, eslograr un funcionamiento que asegure extraer del pozo la máxima cantidad de fluido quelos reservorios puedan aportar, con el mínimo consumo energético y costo operativo;mantener el régimen de operación equilibrado, ni sobredimensionado nisubdimensionado; tener en cuenta las dificultades de la extracción, la presencia de gas,de arena, de parafinas, agresividad del fluido, etc. El sistema debe consumir el mínimode energía, eléctrica o calórica, compatible con la máxima extracción. Y a su vez, estamáxima extracción debe ser compatible con el potencial productivo de los reservorios.Por lo tanto, para conocer el rendimiento de un sistema de extracción artificial porbombeo mecánico alternativo, no es suficiente con conocer la cantidad de fluido queproduce un pozo. Es necesario relacionar el caudal con la cantidad de intervenciones alos pozos por correctivos o por mantenimiento; con el consumo de energía; con laatención y servicios que requiere; con los recursos materiales y humanos volcados a sumantenimiento y control; con la duración de los equipos y elementos en uso; etc. yobtener el rendimiento total del mismo comparándolo con la producción máxima teóricaestimada para ese pozo. Asimismo, como la producción de fluidos no es constante en ellargo plazo, el régimen deberá siempre ser revisado periódicamente y corregido paramantenerlo en un valor óptimo respecto al rendimiento volumétrico.

Es necesario contar con una base de datos y estadísticas que tendrán que ver lasiguiente información:

1. realización e interpretación de mediciones físicas (nivel y dinamómetro) a fin deobservar la forma en que está funcionando el sistema y si conviene producir algúncambio en sus condiciones.

2. obtención de los parámetros de operación del sistema bajo estudio, a fin de conocerla situación operativa real y a tiempo actual, con los informes correspondientes sobreconsumos, rendimientos, etc.

Los parámetros más representativos del funcionamiento del sistema son:• Cargas máximas y mínimas sobre el vástago y varillas.• Estiramientos de las varillas y tubing y recorridos efectivos del pistón de la bomba.• Nivel dinámico y presión de admisión a la bomba de profundidad.• Llenado de la bomba de profundidad.• Existencias de pérdidas a través de las válvulas fija y móvil.• Caudal efectivamente desplazado por la bomba de profundidad.• Esfuerzos en las varillas y en vástago de bombeo.• Balanceo del equipo de bombeo.• Valor del torque aplicado al reductor del AIB.• Potencia consumida para el trabajo.• Rendimientos del sistema.• Presión estática y dinámica del reservorio


Información previa:• Caudales (producción) del pozo medidos en campo.• Porcentaje de agua contenida.• Características de los fluidos producidos, viscosidad, densidad.• Relación gas - petróleo• Nivel dinámico medido en campo.• Especificaciones tamaño y tipo del equipamiento, motor, AIB, vástago y varillas,

bomba de profundidad, tubing, ancla, entubación etc.• Profundidad de la bomba, ubicación de punzados, profundidad de tubing y de anclaje.• Velocidad de bombeo y longitud de la carrera actual.

La base de estos estudios tendientes a realizar un diagnóstico, es la obtención en campode mediciones dinamométricas y registros de niveles, lo que se conoce bajo el nombrede mediciones físicas.

Mediciones Físicas

En el caso de pozos equipados con bombeo mecánico como sistema de extracción, seentiende por “Mediciones Físicas” al registro de dinamómetros (de superficie y de fondo)y de ecómetros con el fin de observar el funcionamiento del AIB, de la bomba deprofundidad, esfuerzos a las varillas etc.; las posiciones de los niveles estáticos y/odinámicos del pozo y evaluar el comportamiento del sistema.

El registro de ecómetro con el fin de conocer la posición del nivel (estático y/o dinámico)es aplicable no solo a pozos de bombeo mecánico sino también a otros sistemas, talescomo el bombeo con bombas de cavidad progresiva P.C.P y E.S.P.

Equipo Dinamómetro

El dinamómetro tal como lo expresa su nombre, es un equipo medidor de fuerzas (o delpeso de determinado elemento) y se lo utiliza en el sistema de bombeo mecánico pararegistrar la carga aplicada en el vástago de bombeo y a la columna de barras a lo largodel recorrido de la misma.La carga instantánea aplicada al vástago será registrada en una carta o gráfico en formacontinua en diferentes posiciones a lo largo de todo el desarrollo del ciclo de bombeo,dibujando una curva dinamométrica de la carga en función del recorrido. Las lecturasmencionadas, tomadas todas en superficie, permiten deducir el comportamiento físicode todos los restantes elementos que integran el sistema.

Gracias al continuo avance de la tecnología es posible contar hoy con una herramientade fundamental importancia en la evaluación del sistema de bombeo mecánicoalternativo. Por muchos años, analizar cualitativamente el funcionamiento de la bombade profundidad por una interpretación visual de un diagrama de fuerzas ydesplazamientos, obtenido en superficie, fue una tarea dificultosa aún para los expertos.Con el nuevo método se pueden valorizar y verificar esfuerzos en cualquier punto de la


sarta de varillas, torques en la caja reductora, contrapeso óptimo, potencia requerida,desplazamiento de fluido en la bomba, etc. El manejo de esta información se basa en unmodelo compuesto por un transmisor (bomba de profundidad), una línea de transmisión(varillas de bombeo) y un receptor (el dinamómetro).En su rol, las varillas transmiten continuamente información desde la bomba deprofundidad a la superficie, pero esta información recibida en el vástago está codificaday es necesario decodificarla.

El registro de fuerzas y desplazamientos vs. Tiempo se obtiene actualmente por mediode un sensor de cargas instalado entre la grampa o anillos espaciadores y la cruceta, yun registro de carrera que se desplaza solidario a la cruceta. La información de lossensores es recibida por una computadora que realiza el dinamómetro de superficie y loarchiva en forma digital. Posteriormente con esta información y todos los datos deentrada necesarios se obtiene, mediante el programa del prestador del servicio(SEPECO), un completo análisis del comportamiento del sistema de bombeo.

Es posible obtener un análisis cuantitativo en cualquier profundidad de la sarta de barrasde bombeo, teniendo en cuenta las cargas estáticas y dinámicas. Las varillas transmiteninformación en forma permanente desde la bomba de profundidad a la superficie, demodo que interpretando esta información, se deduce qué sucede en el fondo del pozocon la bomba. La interpretación es un problema de tipo matemático, y consiste en unmodelo matemático que resuelve la ECUACIÓN DE LA ONDA ELÁSTICA, tal es elcomportamiento de la sarta de barras de bombeo durante el movimiento alternativo. Losinstrumentos interpretan la información en base a las señales medidas en el vástago(fuerza vs tiempo y desplazamiento vs tiempo), calculan valores de los esfuerzos encualquier punto de la columna de barras y obtienen gráficos representativos delfuncionamiento de la bomba de profundidad en el fondo del pozo, además de losgráficos tradicionales de superficie.

Dinamómetro Convencional de Superficie:

Para comprender el origen del gráfico dinamométrico es conveniente analizarlo desde elpunto de vista del registro convencional, tomado en superficie por un dinamómetro tipoLeuthert, a fin de entender primero un gráfico básico para luego observar los de fondo yestudiar distintas interpretaciones de los mismos.

Cualquiera sea el sensor, se debe colocar en superficie a fin de cargar sobre él todo elpeso que actúa sobre el vástago. En las figuras siguientes se pueden observar dóndevan colocados dichos sensores.


Para comenzar el análisis de un gráfico dinamométrico tipo, se debe tener presente elfuncionamiento de una bomba mecánica de profundidad, y considerar por ahora que sedesprecian los efectos de todas las cargas dinámicas.Sobre el eje horizontal (abscisa) se representa el desplazamiento del vástago, en funciónde la carrera del aparato, y sobre el eje vertical (ordenada) se representan las cargassobre el vástago, obteniendo así en un gráfico cerrado, una curva teórica ideal.

Observar la siguiente figura

A

B C

D

O

Luego de instalado el sensor, al iniciar el movimiento, el punto “A” representa la posiciónde la cabeza de mula en el punto muerto inferior, que es el inicio de la carrera.En esa posición el vástago soporta únicamente el peso estático de las varillassumergidas en el líquido dentro del tubing, por lo que la ordenada OA representa el pesode las varillas sumergidas.

Inmediatamente de iniciado el movimiento ascendente, en la bomba de profundidad secierra la válvula móvil, (se asume por el momento que el cierre de la válvula y latransferencia de la carga es instantánea, dado que se despreciaron los efectosdinámicos y de rozamiento) por lo que la carga sobre el vástago aumentaráinmediatamente, dado que además de las varillas hay que levantar el fluido. Por lo tanto,el punto “B” indicará el cierre de la válvula móvil y la ordenada OB, el peso de las varillassumergidas más el peso del fluido, constituyendo en este caso la carga máxima que elvástago soportará durante todo el recorrido. (Por lo tanto, si al valor OB se le resta elvalor OA, el resultado será AB, que representa el peso del fluido.

A partir de “B” continúa el desplazamiento del vástago de bombeo en su carreraascendente hasta completarla en el punto “C”. Por lo tanto, el desplazamiento “ABC”representará el total de la carrera ascendente del equipo de bombeo, y su valor podráser leído con su proyección sobre el eje horizontal, en la escala de longitud adoptada.


En el momento de iniciar el movimiento descendente, se abrirá la válvula móvil y el pesodel fluido será transferido inmediatamente a la válvula fija de la bomba (que se cierra) yserá soportado por el tubing, por lo que la carga sobre el vástago disminuirá en un ciertovalor igual al peso del fluido. Por lo tanto se representa el punto “D” y la ordenada ODrepresentará también el peso de las varillas sumergidas en el fluido.

Continuando con el movimiento del vástago, éste completará el ciclo de bombeo cuandonuevamente llegue al punto “A”, siendo CDA el desarrollo completo de la carreradescendente, cuyo valor podrá ser leído en su proyección sobre el eje horizontal, en laescala de longitud adoptada.

Habiendo interpretado el movimiento ideal y la relación en cada punto con elfuncionamiento de la bomba de profundidad, se analiza a continuación el mismo gráficopero con los efectos de considerar a las varillas como un elemento elástico y no rígido.

Usando los mismos puntos de cambio de las carreras, se incorpora el estiramiento de lasvarillas, cuyo efecto se observa en ambas carreras, ascendente y descendente.

Observar la siguiente figura

A

B C

D

Desde que comienza la carrera ascendente en “A” hasta que se llega a la situación decarga máxima en “B” y por efecto del estiramiento de las varillas, el punto “B” no estásobre la vertical de “A” sino corrido hacia la derecha un cierto espacio, que es elrecorrido representativo de la deformación de las varillas por el estiramiento, y que seregistra hasta que la carga llega al valor máximo (Recién cuando se alcanza este valor“B”, se cierra efectivamente la válvula móvil). Como dijimos, la carrera ascendentecompleta se cumple en el trayecto ABC.

Un efecto similar, pero en sentido inverso, por acortamiento, se produce al comenzar lacarrera descendente, dado que el efecto de transferencia de carga a la válvula fija no esinstantáneo, por lo que el punto “D” no está sobre la vertical de “C” sino corrido hacia laizquierda representando el efecto de contracción de las varillas hasta su longitud original.


De acuerdo a lo mencionado anteriormente, el desarrollo de la carrera descendente,será CDA.

Un gráfico como el anterior sigue siendo teórico ideal, pues no se da generalmente ensituaciones reales, salvo que el pozo esté bombeando a un régimen muy bajo develocidad, y entonces los efectos dinámicos se minimizan, configurando figuras que sepueden parecer a las teóricas.

Considerando los efectos de rendimientos volumétricos y llenado en la bomba, tiemposde demora para las transferencias de las cargas y la presencia de fuerzas dinámicas, esdecir debidas a las aceleraciones de las masas consideradas, masa de las varillas ymasa de los fluidos, es que se producen gráficos con ciertas deformaciones, del tipo delque se adjunta a continuación.

En la siguiente figura se puede observar un gráfico típico de un registro dinamométrico.

AAA

B

C

D

Iniciando el análisis en el punto “A”, se observa que comienza el incremento de cargasen coincidencia con el comienzo de la carrera ascendente (Punto “A”), pero casiinmediatamente se nota una disminución de la misma hasta el punto “AA”. Este efecto seproduce porque las varillas, que traen una cierta velocidad en el final de la carreradescendente, al invertir el movimiento devuelven parte de la energía de deformaciónabsorbida en la carrera anterior tendiendo a contraerse, (como un resorte) por lo que lacarga sobre el vástago disminuye en cierta medida (Punto “AA”).

En el punto “AA” se produce efectivamente el cierre de la válvula móvil del pistón de labomba de profundidad, incrementando las cargas y produciendo una curva ascendentehasta el punto “B”, punto de máxima. Durante el tramo “AA” - “B” no es constante lacarga porque la velocidad del vástago va aumentando y se produce una combinación dealta aceleración con máxima masa (masa de varillas + masa de fluido) lo que genera laposición de carga máxima en “B”.


A partir de este punto comienza a disminuir las cargas debido a la disminución de lavelocidad del vástago hasta el punto donde se completa la carrera ascendente (Punto“C”).

Al comenzar el descenso del vástago, la carga sobre éste disminuye pues al abrirse laválvula móvil se transfiere a la válvula fija y al tubing el peso del fluido.

Así se llega al punto “D” donde el vástago lleva el máximo de velocidad descendiendo,iniciando a partir de ese punto una disminución de la misma. Por lo tanto, “D” representael punto de carga mínima a partir del cual se incrementan nuevamente las cargas, lasque van aumentando hasta llegar al extremo de la carrera descendente con un valorequivalente al punto “A”, que representa el punto muerto inferior donde termina la carreradescendente y comienza la ascendente.

Son varios los factores que conforman la carga del pozo. Se encuentran cargas de tipoestático, (que actúan o inciden aún con el equipo detenido) y cargas dinámicas, queaparecen por efecto del movimiento, es decir actúan solamente cuando el equipo está enmovimiento.

Peso de las Barras:

El peso (carga estática) del conjunto de las barras en el aire es fácil conocerlo ocalcularlo, a partir del peso unitario de los diferentes tipos y diámetros de varillas quecomponen la columna de barras en un pozo. Existen tablas o gráficos que dan estosvalores, de donde se los puede obtener y calcular el peso total de la columna.

Hay que diferenciar entre el peso de las barras cuando se encuentran suspendidas en elaire y el que tienen estando dentro del tubing sumergidas en una columna de líquido. Sesabe, por el principio de Arquímedes, que todo cuerpo sumergido en un líquido recibe unempuje hacia arriba por parte del fluido donde se encuentra. El valor del empuje es igualal peso del volumen del fluido que ha sido desplazado por efecto de sumergir el cuerposólido.

Por lo tanto el peso de las barras sumergidas en un fluido dentro del tubing será menorque el peso de las mismas suspendidas en el aire.

Es de fundamental importancia definir el peso de las barras sumergidas, cosa que puedevalorizarse a partir de la lectura en el dinamómetro, que representa la situación real yparticular del pozo en cuestión. Para esta determinación es necesario, al registrar eldinamómetro, realizar lo que se denomina “prueba de la válvula fija” deteniendo elequipo a unos ¾ del recorrido de la carrera descendente para registrar la carga.


Prueba de la Válvula Fija:

En la siguiente figura, se puede observar lo siguiente:

Registro deválvula fija La carga aumenta

en caso de pérdidaCarreradescendente

Prueba Válvula Fija

Si se detiene el equipo cuando se ha recorrido ¾ de la carrera descendente y seregistra la carga del vástago en esa posición, la misma representa el peso de las barrassumergidas, ya que el peso del fluido contenido en el tubing no se manifiesta en elvástago, porque está soportado en esa posición por la válvula fija, cerrada durante lacarrera descendente.

Por lo tanto, ese registro se podrá chequear con el valor calculado en forma teórica delpeso de las barras sumergidas y constatar si existe cierta correlación entre ambos, quedependerá de la magnitud del peso específico asumido para el cálculo. (Si por ejemplo elvalor del dinamómetro es mucho más bajo que el calculado, también se podrá pensar enla existencia de altas fricciones en el tubing).

Además, si la válvula fija pierde, que es la que en ese momento está soportando el pesodel fluido, la circulación del líquido hacia abajo cerrará la válvula móvil, lo que provocaráun aumento de la carga sobre el vástago y se registrará en el dinamómetro como unalínea hacia arriba. Es una manera indirecta de observar el comportamiento de la válvulafija.

Otro parámetro de valor fundamental que también puede obtenerse del dinamómetro esel peso del fluido, en relación a conocer el peso específico del mismo y el nivel dinámicodentro del pozo. Para esta determinación, se realiza lo que se denomina como “pruebade la válvula móvil”.


Prueba de la Válvula Móvil:

En la siguiente figura se puede observar lo siguiente

Registro deválvula móvil

La carga disminuye encaso de pérdida.

Carreraascendente

Prueba Válvula Móvil

Deteniendo el equipo cuando el vástago ha recorrido un ¾ de la carrera ascendente yregistrando en ese momento el valor de la carga, la misma representa el peso de lasvarillas sumergidas más el peso del fluido y es la válvula viajera o válvula móvil laque soporta todo el fluido en ese momento. Observando la evolución de esa carga, si lamisma disminuye (provocando un trazado de la línea hacia abajo, como se observa en lafigura) significa que parte de la carga del fluido se está escurriendo a través de la válvulamóvil. Pero cuando el fluido contiene un alto porcentaje de agua es posible que seregistre una disminución de la carga por efecto del escurrimiento del fluido entre el pistóny la camisa de la bomba, que dependerá de la luz entre pistón, la camisa y de la presióndiferencial, entre otras cosas. Este escurrimiento se lo puede confundir como unapérdida en válvula móvil, por lo que hay que tener cuidado al realizar un diagnóstico.

Al registrar la válvula móvil es conveniente que, una vez que se ha detenido el equipo,no se produzca demora en tomar el registro, ya que inmediatamente que el pozo estáparado el valor del nivel dinámico comienza a disminuir y aumentar la sumergencia, loque provoca menor carga sobre el vástago, (ya que el peso del fluido soportado por laválvula móvil es el peso de la columna líquida entre la superficie y el nivel en elentrecaño).

Peso del Fluido:

Una vez obtenido el valor de registro correspondiente a la válvula móvil, y restándole aeste valor el que se registró como válvula fija, obtendremos de esa diferencia, el pesodel Fluido.

Peso del fluido = valor válvula móvil - valor válvula fija


Peso del fluido = (peso varillas sumergidas + peso fluido) - peso varillas sumergidas

Obtenido el peso del fluido desde el dinamómetro y conociendo el nivel dinámico a partirde un registro con ecómetro, es de extrema utilidad para definir un valor más aproximadodel peso específico promedio de la columna, ya que:

Peso del fluido / nivel dinámico * área transversal = Peso específico de la columna

La prueba de las válvulas se puede utilizar también para tener una idea comparativa dela ubicación del nivel dinámico en el pozo, ya que la magnitud del peso, y por lo tanto dela altura, será proporcional a la diferencia entre las válvulas. De esta manera cuantomayor sea la diferencia en el dinamómetro, mayor será el peso de esta columna, mayorserá la altura de la columna, y consecuentemente menor la sumergencia de la bomba.

Por lo tanto, cuanto más separadas están las líneas de ambas válvulas en el registrodinamométrico, se deduce que más bajo es el nivel dinámico y viceversa, cuando estadistancia disminuye, indica que el nivel dinámico está subiendo y que el pozo no estáproduciendo a toda su capacidad.

Efecto de Contrapesado:

Otra carga estática a registrar es la que se conoce como “efecto de los contrapesossobre el vástago” o “efecto de contrapesado”, es decir la carga que sobre el vástago seproduce por colocar determinado tipo de placas de contrapesado en las manivelas. Estevalor también se puede calcular teóricamente y obtener de tablas de acuerdo a loscontrapesos utilizados, el que se podrá contrastar contra el registrado en el dinamómetroa fin de verificar el cálculo.

Para determinar el efecto de contrapesado a partir del dinamómetro, es necesario trazarla línea de contrapeso, la que se debe registrar parando la unidad de bombeo enaproximadamente la mitad de la carrera, cuando la manivela está a 90° de rotación. Enesa posición, si en el vástago aislamos, mediante una grapa, el efecto de la carga delpozo (fluido y varillas), la única carga que se registrará en el gráfico (será una líneahorizontal ya que no hay movimiento), será el efecto de los contrapesos.

La distancia entre la línea de cero y la línea horizontal registrada, en la escalacorrespondiente, es el valor del denominado “efecto de contrapesado”, que también seutiliza para el cálculo del torque neto sobre el reductor.Además, la ubicación de la línea horizontal da idea del balanceo del equipo ya que lasdos áreas en que queda dividido el gráfico deben ser iguales, considerando que se debeejecutar un mismo trabajo tanto en la carrera ascendente como en la descendente.

Hasta este punto se ha explicado la forma de obtener del dinamómetro los valores decargas consideradas estáticas, tales como el peso de varillas, el peso del fluido, el efectode contrapeso. Estas cargas, por supuesto presentes durante todo el ciclo de bombeo,se incrementan durante el movimiento, provocando esfuerzos mayores sobre las varillasy el vástago de bombeo bajo los efectos de las cargas dinámicas.


El movimiento alternativo del vástago es ejercido directamente sobre la sarta de varillas,la que por su esbeltez se comporta como un elemento elástico que va trasmitiendo atodo su largo este movimiento como una onda de tipo longitudinal amortiguada. La ondatransmitida, al mismo tiempo que impone un movimiento a la bomba, refleja sobre ésta yvuelve hacia arriba, encontrándose con el frente de onda descendente, con la que secompone en una resultante. La onda ascendente llega a superficie, donde puedeproducir un incremento o una disminución de la carga sobre el vástago y a su vez sevuelve a reflejar y se propaga nuevamente hacia la bomba, y así sucesivamente. Lacomposición de estas series de ondas que se suman o restan produce tensionesadicionales en las varillas.

Además de los efectos debido al movimiento de las masas, a las fricciones con el fluido yen la bomba, la sarta de varillas sufre también todos los efectos dinámicos propios de uncuerpo delgado sometido a vibraciones. Toda sarta de varillas vibra en una determinadafrecuencia natural, pues se la considera como una varilla delgada sujeta en uno de susextremos y libre en el otro y si se aplica una fuerza repentina en el extremo fijo, la mismase transmite a la velocidad del sonido como una onda longitudinal hacia el extremo libre,reflejándose. Estas fuerzas de vibración tienen efectos pronunciados en la forma delregistro dinamométrico.

En un AIB cumpliendo el ciclo de bombeo, las masas que debe levantar el vástagodurante la carrera ascendente, son las de las varillas y la del fluido; por lo que el pesoestático resultará de la suma de las mismas. Pero cuando se registra la carga máximaen el vástago se observa que la misma es mayor, en una determinada proporción, alpeso estático correspondiente. La masa en movimiento, con sus variaciones develocidad y de aceleración debidas al diseño y a la geometría de los aparatos debombeo, modifica la forma de la carta dinamométrica y los valores de las cargasresultantes.

Por lo tanto, la aparición de los esfuerzos dinámicos está fundamentalmente relacionadaa la velocidad de rotación de la manivela, es decir, la velocidad de bombeo del equipo,expresada en “golpes por minuto o carreras por minuto” que producirá sobre el vástagouna determinada variación en la velocidad de desplazamiento de la masa suspendida delmismo” que producirá sobre el vástago una determinada variación en la velocidad dedesplazamiento de la masa suspendida del mismo. Además de la velocidad de bombeo,otro parámetro que incide de manera fundamental en la magnitud de los esfuerzosdinámicos es la longitud de la carrera a la que está trabajando el equipo.Para quien debe realizar una predicción de los esfuerzos y de las condiciones de trabajodel sistema, es sumamente importante conocer el tipo de movimiento que se produce enla columna de barras, dado que la ingeniería debe realizar cálculos previos en base a loscuales se deberán diseñar los sistemas de extracción y determinar las condiciones defuncionamiento.

A partir entonces de un diagrama dinamométrico de superficie se pueden obtener variosde los parámetros necesarios para realizar un diagnóstico del funcionamiento delsistema.


En la siguiente figura se observan distintas determinaciones en un dinamómetro desuperficie.

Cargamáxima

Efecto decontrapeso

Carga mínima

Rango de cargas

Pesode

varillas

Peso de varillasmás peso defluido

Carrera del vástagoen superficie

Dinamómetro Electrónico:

Se basa en el desarrollo de un modelo matemático que represente la instalación de lasvarillas de bombeo. Registrando la magnitud de las cargas sobre el vástago y midiendolos desplazamientos en la superficie del mismo, el programa calcula valores de carga ydesplazamientos en distintos puntos a lo largo de la sarta de varillas y en la bomba desubsuelo dibujando diagramas de carga-desplazamiento en la superficie y en puntosdeseados a lo largo de la sarta de varillas y un diagrama de la bomba de subsuelo. Estose efectúa asumiendo que la columna de barras es un sistema de comunicación quetransmite, desde el fondo hasta la superficie, impulsos instantáneos de fuerza a lavelocidad de propagación del sonido en el acero.

En el fondo de las varillas actúan una serie de esfuerzos originados por las variacionesde la carga del fluido impulsado por la bomba, durante la carrera ascendente ydescendente, además de otras fuerzas que aparecen en la misma bomba y a lo largo delas varillas como resultado de aceleraciones, vibraciones de la columna, fricciones, etc.

De esta interpretación surgen entonces representaciones gráficas de los esfuerzos ydesplazamientos producidos en el pistón de la bomba, constituyendo los “dinamómetrosde fondo”, del tipo de los que se observan en la siguiente figura.


A

B C

D

Pf

E

Línea deceroFIGURA “A”

A

B C

D

Pf

E

FIGURA “B”

En la figura “A” se representa un ciclo teórico perfecto del pistón de la bomba, sinmovimiento de la tubería de producción y cuando solamente se bombea líquido, donde laúnica carga existente es el peso del fluido. Por lo tanto, la distancia entre BC y DA es laordenada correspondiente a Pf, o peso del fluido levantado por el pistón.

La parte negativa, por debajo de la línea de cero, representa el empuje E, es decir lafuerza de flotación hacia arriba, que actuarán como compresión sobre las varillascercanas a la bomba.

La distancia B-C representa la carrera ascendente y la D-A la carrera descendente,considerando los desplazamientos del pistón dentro de la bomba de profundidad.

1) Punto “A”. Al comenzar la carrera ascendente la válvula móvil se cierra.2) De “A” hasta “B”, el peso del fluido se transfiere a las varillas.3) Punto “B”. La válvula fija se abre dejando entrar fluido a la bomba.4) De “B” a “C” el peso del fluido es soportado por las varillas mientras ingresa más

fluido a la bomba.5) Punto “C”. La válvula fija se cierra; la válvula móvil permanece cerrada.6) De “C” a ”D” el peso del fluido se transfiere de las varillas al tubing.7) Punto “D”. La válvula móvil se abre.8) De “D” a “A” el peso del fluido es soportado por el tubing mientras el pistón realiza la

carrera descendente.

En la figura “B” se observa un gráfico teórico representativo de cuando se produce unmovimiento en la tubería. El movimiento del tubing en el mismo sentido en que se mueveel pistón de la bomba, modifica la forma y la rapidez con que se transfiere el peso delfluido de la sarta al tubing y viceversa. La forma del paralelogramo mostrado en la figuraestá causada por el estiramiento y contracción de la tubería no anclada, lo que produceun desfasaje en el tiempo de transferencia de la carga entre la válvula móvil y la fija.


El peso del fluido elevado por la bomba, es uno de los parámetros más importantes atener en cuenta en el diseño y en el seguimiento del sistema de bombeo, por lo que seadjunta a continuación el análisis de algunas cartas de fondo para la obtención delmismo.

Reglas generales para obtención del peso de fluido

Llenado completo de bomba, tubings anclados línea superior del peso de fluido.Para ubicar la línea superior del peso de fluido la práctica aceptada es buscar en la partesuperior derecha del gráfico de la bomba (no perturbada por efectos inerciales debido aque es el punto muerto superior) el cambio de dirección en el trazo (punto de inflexión).

0

Peso de fluido

Flotabilidad Línea inferior

Línea superior

Carrera neta

Golpe de fluido o interferencia de gas, tubings anclados, línea superior

La existencia de alguna de estas condiciones (golpe de fluido o interferencia de gas)implica una carta de fondo con una forma de nariz en la parte superior derecha. En elcomienzo de la carrera descendente solo actúan las fuerzas debidas a rozamiento (porausencia de fluido) y podemos asumir que esta fuerza es idéntica en ambas carreras;por esta razón podemos ubicar el límite superior del peso de fluido en una líneahorizontal que divida en dos áreas iguales la mencionada nariz.

Nariz

Carrera neta

Carrera bruta

Peso de fluido

0


Llenado completo de bomba, tubings anclados, línea inferior de peso de fluido

En estas cartas es posible colocar el límite inferior del peso de fluido haciendo uso delprincipio de flotabilidad. Esta fuerza que actúa en sentido ascendente tiende a comprimira la sarta de varillas por lo tanto se ubica por debajo de cero (fuerzas de tracción sonpositivas) con una magnitud igual al 10% del peso de varillas en aire (valor que seobtiene del reporte del dinamómetro).

0

Peso de fluido

Flotabilidad Línea inferior

Línea superior

Carrera neta

Llenado incompleto de la bomba, movimiento de tubings

El límite superior de la línea de peso de fluido lo ubicamos, como vimos, por la línea quedivide en áreas iguales la parte superior derecha del diagrama.Para el límite inferior debemos ubicarnos en el extremo inferior izquierdo dado que eneste punto (punto muerto inferior) las fuerzas debidas a la fricción de las varillas tiendena cero y esto origina un giro en el trazo del diagrama. La línea inferior estará en estazona (punto de inflexión) y con la magnitud sugerida por el principio de flotabilidad.

Carrera neta

Carrera bruta

Peso de fluido

0

Movimientode

tubing

Punto de inflexión


A continuación se observan diversas figuras dinamométricas que muestran diferentessituaciones de bombeo y/o estado de la bomba de profundidad.

Informes de Dinamometría

Diagnosticar un pozo en bombeo mecánico significa conocer el estado defuncionamiento de todo el sistema a partir del registro de superficie: la cartadinamométrica.

Diagnosticar con exactitud es de fundamental importancia ya que permite saber quéparámetros es necesario modificar para su optimización.

Para realizar algunos cálculos previos de los parámetros que intervienen durante elbombeo de un sistema mecánico de extracción y poder obtener otros de los registrosdinamométricos, es necesario contar con datos e información del tipo de la descripta acontinuación:

• Tipo de petróleo, gravedad o peso específico, viscosidad, porcentaje de agua,salinidad y gravedad específica del agua, relación gas - petróleo, valores deproducción real, curvas de producción, curvas IP.

• Tipo y tamaño, luz, tipo de válvulas, accesorios, de la bomba de profundidad,profundidad de asentamiento de la misma.

• Varillas, clase, largo y longitudes de diferentes tramos, diámetros.• Tubería, diámetro, largo, profundidad de asentamiento.• Ancla, tipo y profundidad.• Existencia o no de separadores de gas de fondo.• Presencia o no de packer.• Profundidad de los punzados.• Nivel estático y dinámico.• Longitud de la carrera del AIB y velocidad de bombeo.• Tipo, especificaciones y modelo del AIB.• Motor de accionamiento. Consumos de corriente.

Los parámetros más importantes para conocer cómo está funcionando un sistema debombeo mecánico, pueden dividirse en tres grupos principales:

• Relacionados a la bomba de profundidad: carrera bruta del pistón y carrera aparente,velocidad del pistón, caudal bruto desplazado, rendimiento volumétrico de la bomba,nivel dinámico, sumergencia, presión de fondo de admisión, peso del fluido,escurrimiento, pérdidas en válvulas, porcentaje de llenado.

• Relacionados a las varillas de bombeo y tubería: cargas máximas y mínimas,tensiones máximas y mínimas, tensiones en Goodman, esfuerzos de compresión porflotación, estiramientos, sobre - recorrido, estiramientos del tubing, anclaje correcto ono.


• Relacionados al AIB, motor e instalación de superficie. Cargas máximas, torquemáximo y curva de torque, balanceo del equipo, consumos y potencias del motor,rendimientos generales.

En su mayoría pueden ser obtenidos a partir de la interpretación de una cartadinamométrica.A continuación se adjunta un informe dinamométrico.

INFORME DE MEDICIONES FÍSICAS (EL PRESENTE ES UN EJEMPLO DE UNINFORME TIPO, PUEDE VARIAR SEGÚN EL OPERADOR)

Datos de la instalación

Unidad de bombeo: MARCA Y DESIGNACIÓN API

LUFKIN M-456D-305-168

De acuerdo al código API, M = MARK II; 456 = 456000 lbs-plg máxima capacidad detorque; 305 = 30.500 lb de máxima capacidad de carga en la viga y 168 = 168 plg. lamayor carrera disponible.

SENTIDO DE ROTACIÓN: ANTIHORARIOCARRERA: 168.04 PULG (4,27 M)Corresponde al valor medido al momento del dinamómetro

G.P.M. 9,58Valor medido

CONTRAPESOS (colocados en el equipo): TIPO CANTIDAD DISTANCIA CANT.AUX.

OARO 4 0.00 0Nº O 0.00 0

NOTA: La distancia es un valor promedio de las distancias de cada contrapeso medidasen pulgadas desde el extremo de la manivela.

Motor

TIPO ELECTRPOTENCIA 75. 00 HP

SARTA (Datos entregados por el cliente): GRADO Y DESIGNACION API = 87

La identificación API de las varillas, utiliza la cantidad de octavos que contiene cadamedida del diámetro. Para 1”, que son 8 octavos, corresponde el Nº8; para 7/8 ", que


son 7 octavos, corresponde al Nº7; para 3/4”, que son 6 octavos, corresponde el Nº 6;para 5/8”, que son 5 octavos, corresponde el Nº5; para1/2”, que son 4 octavos,corresponde el Nº4. Por ejemplo, una sarta 86 es una combinación de 1”, 7/8” y 3/4" yuna sarta 87 es una combinación de 1” y 7/8”.-

DIAM PORCENTAJE LONGITUD PESO MATERIAL(PULG) (%) (MTS) (LB/PIE)1.000 38.2 617.22 2.904 ACERO0.875 (7/8”) 61.8 998.22 2.224 ACEROLONGITUD TOTAL DE LA SARTA 1615.44 MTSPESO DE LA SARTA EN AIRE (WRA) 13164 LBS. (5971 KG)PESO DE LA SARTA EN FLUIDO (WRF): 11496 LBS.(5214 KG)El peso de la sarta en el aire se calcula conociendo el peso unitario (Kg/m o Lb/m) y lalongitud de cada tramo.' El peso de la sarta en el fluido se obtiene afectando al anteriorpor un coeficiente de flotación (generalmente 0.88)

Bomba de profundidad (datos entregados por el cliente)

DIAMETRO 1.75 PULG.PROFUNDIDAD 1623.99 MTS

Datos de producción (entregados por el cliente)

PRODUCCION BRUTA: 62.00 M3/DPORCENTAJE DE AGUA: 90.00 %GRAVEDAD ESPECÍFICA PROMEDIO: 0.990PRESION DE CASING (medida en el pozo): 6.00 KG/CM2PRESION EN BOCA DE POZO: 6.00 KG/CM2PROFUNDIDAD DEL ANCLA/PKR 1656.00 MTS.DIAMETR0 DE TUBING 2,875 PULGValores medidos y calculados

Estos valores se calculan a partir del dinamómetro registrado

Valvulas

VÁLVULA MOVIL (TV) 16.144 LBS.(7323kg) PIERDE 29 LBS (13kg) EN 3 SEG.VÁLVULA FIJA (SV) 11.659 LBS (5289kg) PIERDE 71 LBS (33kg) EN 3 SEG

Unidad de bombeo

CARGA MAXIMA (PPRL) 22870.54 LBS. (10374,08 KG)CARGA MÍNIMA (MPRL) 7262.33 LBS. 3294,20 KG)Valores medidos del dinarnómetro, según escala.


PORCENTAJE DE CARGA ESTRUCTURAL 74.99%Corresponde a la relación entre la carga máxima medida y la máxima disponible, en %.

EXISTENTE EN BALANCETORQUE MAXIMO REDUCTOR (LBS-PULG) 773.660 496.508Aplicando un programa, se obtiene el diagrama de torque punto a punto, a partir deldinamómetro y aplicando los factores de torque. De dicha curva se obtienen los valores.

PORCENTAJE DE TORQUE (%) 169.66 % 108.88%Relación entre torque real y la máxima capacidad de torque del reductor

EFECTO DE CONTRAPESO (LBS.) 12.471 17.626Está en función de los contrapesos utilizados, el efecto de carga que originan sobre elvástago.

TORQUE MAXIMO CPESOS (LBS-PULG) 1.303.898 1.691.792Representa el máximo torque que producen los contrapesos en uso, para equilibrar eltorque producido por la carga del pozo.

EXISTENTE EN BALANCEDISTANCIA DE CONTRAPESOS (cm) 0.00 -91.21 (excedelos limites)medida desde el extremo de la manivela hasta la placa.

EFICIENCIA TORSIONAL 0.29 0.43Relación entre el torque promedio y el torque máximo. Da idea de los picos de torque.Conviene que sea mayor a 0. 3.

FACTOR DE CARGA CÍCLICA 1.61 1.37Indicador que da idea de la eficiencia en el uso del equipo, si está bien aprovechado ono. Según el tipo de AIB, debe ser menor de 1, 5 para convencional y menor de 1,3 paraMII

POTENCIASLas potencias son calculadas con diferentes formularios y a partir del dinamómetro

Hidráulica S/VOLUMEN EN TANQUE 13.61 HPTOTAL EN EL VASTAGO (PRHP) 32.63 HPESTIMADA EN EL MOTOR 58.52 HPPOTENCIA PICO DEL MOTOR EN REGIMEN 60.17 HP

DIAGRAMA DE GOODMAN

DIAM. CARGAS DIAGRAMA DE GOODMAN(PULG) (LIBRAS) FACTOR 1.0 0.8 0.6

MAX. MIN. LIMITE % LÍMITE % LÍMITE % 1000 22871 7262 26665 80 21332 111 15999 179 0.875 16248 2170 18508 86 14807 111 11105 158


El diagrama de Goodman permite conocer la relación optima entre la tensión máxima ymínima para una varilla de bombeo, según el grado de acero y el factor de seguridadque se tome. Comparando estas tensiones con las calculadas, se obtiene el % desolicitación. El factor de uso hace referencia a si las varillas son nuevas (factor 1) ousadas.

TABLA DE PRESIONES DE FONDO Y NIVELES

GRAVEDAD PRESION DE FONDO SUMERGENCIA NIVELESPECIFICA (KG/CM2) (Mt) (Mt)

1.00 21.55 216 1408 0.90 5.31 59 1565 0.80 0.00 0 1624 0.70 0.00 0 1624 0.99 19.92 201 1423

Estos valores son obtenidos a partir de la interpretación del dinamómetro de fondo.Obteniendo el nivel dinámico por cálculo, se llega a una determinación de gravedadespecífica que sea compatible con dicho nivel.

NIVEL DINAMICO DE FLUIDO (ACUSTICO) 1150.00 MTS.Corresponde a un valor obtenido con el sonolog

NIVEL CORREGIDO POR McCOY 1414.86 MTS.El valor del nivel dinámico obtenido del sonolog, se corrige por cálculo, aplicandofactores que están en función de la presión de casing y de la estimación de la velocidadde recuperación de la misma.

DINAMÓMETRO DE FONDOCARRERA BRUTA 155.20 Pulg (3.94 m)

CARRERA APARENTE 116.77 Pulg (2.97 m)

DESPLAZAMIENTO BRUTO 84.42 m3/d

DESPLAZAMIENTO APARENTE 63.51 m3/d

Los desplazamientos son calculados aplicando las carreras y en función de lascaracterísticas de la bomba y funcionamiento.(diámetro y GPM).

EFICIENCIA (VOL. TANQUE/BOMBA) 97.62 %Comparación entre control del pozo y el desplazamiento aparente calculado.

LLENADO DE BOMBA 75.24 %Relación entre la carrera aparente y la carrera bruta.


CARGA MAXIMA 6173.24 Lbs. (2800.18Kg)

CARGA MINIMA -4679.03 Lbs. (2122.41 Kg)

PESO DE FLUIDO (Wf) 4818.49 Lbs. (2185.67Kg)Calculados a partir del dinamómetro del fondo.

SOBRE RECORRIDO 7.71 Pulg (19.58 cm)

ESTIRAMIENTO 20.89 Pulg (53.06 cm)

MOVIMIENTO DE TUBING 0.00 Pulg (0. 00 cm)

ESTADO DEL TUBING: ANCLADO


EJEMPLO DE INFORME DE DINAMÓMETRO DEL POZO PCG-228


Equipo de Dinamometría (ECHOMETER )(Referencia = Unidad de Gestión Tierra del Fuego)

Este equipo de mediciones físicas es uno de los más modernos del mercado, muyversátil y fácil de utilizar, aún por un solo Operador.

Con diferentes tipos de sensores que se instalan en el vástago, se registran las cargasdel bombeo, un convertidor analógico/digital convierte los datos registrados y sealmacenan en una computadora portátil que mediante un software específico realizatodos los cálculos y gráficos de fondo y superficie, de manera similar a lo descrito enpárrafos anteriores.

En lo particular, éste moderno equipamiento suministra muchos más datos que lossistemas anteriores conocidos, esos datos del bombeo son de extrema utilidad, no solopara el Supervisor de producción, sino también para el ingeniero de Producción eIngeniero de Reservorios, responsables de los pozos.

Con el mismo equipamiento se efectúan las mediciones de nivel y presenta la ventajamás importante de este equipo, al efectuar un sonolog, también mide el caudal de gasproducido en el Csg por el pozo y con esos datos calcula el nivel corregido con casi 100% de exactitud, dato imprescindible cuando existe gas o espuma en el espacio anular.

El conocido ensayo de “buildup “o recuperación de presión que también se hace coneste equipo, permitirá al Ingeniero, conocer el potencial de reservorio, descubrir dañosde formación, fracturas inducidas, etc.


Equipo completo “Echometer “compuesto de:Cañón o disparador de accionamiento remoto para sonologs, valija con convertidoranalógico/digital y notebook, sensor de cargas tipo herradura y sensor de cargas paravástago, pinzas amperometricas para medir corriente de motor.

Cañón disparador, funciona con CO2 o nitrógeno, de accionamiento remoto ( desde laPc ), posee un “ transmisor “ , que es un sensor muy sensible de presión y temperatura.

Sensor de cargas tipo “herradura “, se instala entre la cruceta del estrobo y la grampa devástago o los anillos espaciadores.


Sensor de cargas para vástago, se instala sobre el vástago pulido debajo de la cruceta,mide micro estiramientos del vástago en función de la carga, es ultra sensible y muypreciso, práctico y fácil de colocar por una PersonaEste sensor se utiliza cuando NO es necesario medir efectos de contrapeso paracalcular torques

Trasmisor de presión y temperatura que forma parte del cañón disparador y que seprovee para diferentes presiones de Csg.

Pinzas para medición de corriente de motor eléctrico


Gradiente de presión:Uno de los datos más importantes requerido por el Ingeniero de Reservorios y que lepermite evaluar la presión de formación durante la vida útil del pozo, consiste en lamedición de la presión estática de fondo en el tiempo hasta obtener la máxima presiónque puede alcanzar y de ésta manera comprobar si el pozo ha declinado o perdidopresión o bien presenta un daño de formación que se requiere reparar.Por lo general estos ensayos se realizan con equipos de “wireline “, son costosos ya querequiere parar el pozo (downtime), montar equipo de Pulling y sacar el material debombeo, ensayar durante 3 a 7 dias y poner el pozo nuevamente en producción.Con el equipo “ Echometer “ y el software asociado, es posible hacer ensayos durante24 hs, con pozo parado, SIN sacar material de bombeo y de manera totalmenteautomática, mide o efectúa sonologs en tiempos programados, grafica los resultados yconfecciona los informes.

Nivel de Fluido - SONOLOG

Descripción

El nivel de fluido en un pozo puede ser determinado acústicamente por la generación deun pulso de presión realizado en superficie y registrando los ecos de las cuplas del Tbg.,y el nivel de fluido; mediante el uso de instrumentos denominados detectores acústicosde nivel o ecómetros.

Un cartucho de fogueo ha sido la fuente tradicional de este pulso hasta el modernodesarrollo de la pistola de gas.( nitrógeno o CO2 ) En los pozos cuyo espacio anulartiene menos de 100 psi de presión, la cámara de volumen del instrumento espresurizada con 100 psi por encima de la presión del casing.

El gas es expandido instantáneamente en el espacio anular y esto genera el pulso depresión. En aquellos pozos cuya presión de espacio anular es mayor a 100 psi sereduce la presión de la cámara del instrumento hasta un valor de presión menor a 100psi. Seguidamente se produce la comunicación instantánea entre espacio anular ycámara que genera la onda de presión buscada.

Un micrófono convierte los pulsos de presión reflejados en las cuplas, líquido u otrasobstrucciones, en señales eléctricas que son filtradas, amplificadas y graficadas en unacarta.

El equipo utilizado consta de: la cámara de disparo o expansión que va conectada alespacio anular con el pequeño cilindro de gas, sostenido por el operador, de dióxido decarbono o nitrógeno que provee la energía necesaria para producir la onda de presión.Conectado eléctricamente a aquella se observa el receptor provisto del circuitoelectrónico que recibe, traduce y amplifica los ecos de las obstrucciones del espacioanular y el mecanismo registrador de señal.


Interpretación de los Registros

En general es posible obtener datos ajustados de niveles de fluido con estosinstrumentos. Las dificultades en la determinación de niveles se presentan cuando haypresencia de gas en el espacio anular.

Columna de Fluido gaseoso.

Esto se da en aquellos pozos que producen gas por el espacio anular . Al migrar el gasde la fase líquida al espacio anular superior genera disturbios y ruidos que puedengenerar confusión en la interpretación de la carta. En ocasiones se puede verificar laprocedencia del disturbio cerrando la válvula del casing y observando la agujaregistradora del instrumento; si esta cesa su movimiento comprobaremos que laprocedencia del disturbio tiene el origen antes mencionado.

Espacio Anular con Espuma.

Cuando el fluido pasa de la formación al pozo se produce una caída de presión. Laspequeñas burbujas de gas se expanden por la caída de presión, y quedan contenidas enel líquido, si el pozo NO tiene una producción de gas importante, las burbujas quedaráncontenidas en el liquido formando un fluido con espuma

Ruidos y Enmascaramiento.

Los ruidos inherentes al pozo pueden distorsionar las reflexiones por lo tanto se deberádetener la unidad de bombeo. En ciertos pozos se verifica un alto nivel de ruido quepuede durar hasta 10 o 15 minutos después de cerrar la tubería colectora de gas y pararla unidad. Esto se debe al continuo desprendimiento de gas del fluido en el pozo o en laformación.

La parafina, corrosión, incrustaciones, etc. suelen enmascarar los reflejos de la onda depresión. En estos casos un incremento de la presión del casing logra, en ocasiones,incrementar significativamente la respuesta. Otro recurso usado es aumentar el rangodel pulso de presión inicial.

Finalmente mencionaremos que en la actualidad se corrige el nivel de fluido obtenido enaquellos pozos con presencia de gas. Para ello se toma el incremento de presión en elcasing en un determinado tiempo y de acuerdo a este valor se halla el nivel de fluidocorregido que es mayor al obtenido primariamente por el disparo.


Controladores de Pozo

Un controlador de Pozo (Fig. 1) es un equipo diseñado para Optimizar la Producción,permitiendo extraer la máxima producción del pozo con el mínimo costo posible dadoque protege la integridad de las instalaciones y aumenta la vida útil de las mismas, a lavez que se disminuye el consumo de energía. Además de estos beneficios, el equipobrinda abundante información del comportamiento del pozo, constituyendo unaherramienta para la detección de los problemas y la solución de los mismos.

El controlador de Pozo es también llamado Controlador de Pump Off o P.O.C. (PumpOff Controller). Los controladores actuales tiene muchas más prestaciones que unsimple controlador de pump off (controlador de agotamiento de nivel) como lo eran susprimeras versiones, dado que las nuevas tecnologías permiten realizar cálculosadicionales muy útiles para evaluar la producción del pozo. Cuando esos cálculos sontransmitidos a un Sistema SCADA se convierten en una herramienta muy poderosa paraOptimizar la Producción. Es importante que el Supervisor de Producción utilice todos losdías esta herramienta antes de salir a cumplir su rutina diaria de trabajo, porque podráno solo detectar problemas, sino también, anticiparse a los mismos.

El controlador tiene la capacidad de parar y arrancar el pozo en forma automática, por loque representa un potencial peligro para toda intervención en la locación. Por ello, todopozo con Controlador debe contar con el cartel que se muestra en la figura 2. Deacuerdo al mismo, antes de cada tarea deberán seguirse las siguientes instrucciones:

• Leer el estado del display• Avisar al SUPERVISOR DE PRODUCCIÓN• Colocar el interruptor en posición “OFF”

NOTA: Luego de ello deberá seguir con el procedimiento normal de parada.

Fig.1 Vista de un Controlador Fig. 2 Cartel de Seguridad


Un controlador recibe señales similares a las utilizadas por un equipo de Dinamometríaconvencional. En nuestro caso, el controlador SAM utiliza un sensor de carga ubicado enel vástago (Fig. 3). También consta de un sensor de posición ubicado en la manivela delAIB (Fig. 4) y un sensor de RPM ubicado en el motor (Fig. 5). Para tener bien ubicado elsensor de manivela es necesario alinear la biela y la manivela con el vástago en el puntomuerto inferior (Fig. 6.).

Fig. 3 Celda de Carga Fig. 4 Sensor Posición Fig. 5 Sensor de RPM

Fig. 6 Biela y Manivela alineadas en punto muerto inferior


Asimismo el Controlador recibe señales analógicas y digitales provenientes de otrossensores, con alguno de los cuales también toma acciones de Paro del Pozo, o que soloson transmitidas via radio al sistema SCADA. Algunos ejemplos de estas señales son:

Analógicas: sensor de Presión en boca de pozo (Fig. 7), el cual es muy importante parael seguimiento de la producción del pozo. Otros tales como sensores de Tensión yCorriente provenientes del tablero eléctrico.

Digitales: sensor de Pare por pérdidas en empaquetadura, el cual nos permite detectaruna pérdida de fluido en boca de pozo y así cuidar el medio ambiente. Otros comoSensor de Vibración y otras señales de Comando, Habilitación de comando y Falla deMotor.

Fig. 7 Sensor de Presión de Línea


EL SIPOFF

Es un sistema tipo WEB, que nos permite visualizar toda la información proveniente delos Controladores instalados en el campo (% de Marcha, Cargas Máximas y Mínimas,Peso de Fluido, Cartas Dinamométricas, etc.).

En la WEB se cuenta con el graficador de carta dinamométrica el cual nos permiteseleccionar alguno de los siguientes tipos de Carta: Actual, de Parada, de Arranque, deInicio y Estandar. Para cada una nos indica la fecha y hora de la carta registrada, tipo decarta, llenado de bomba seteado y medido, Peso de Fluido, y datos de superficie talescomo carrera y GPM. Mediante la interpretación de las cartas de superficie y fondo,podemos tener una primera idea de cómo estamos explotando el pozo y si tenemos o nomayor producción disponible. Es importante tener en cuenta que si el pozo está parandopor Golpe de Fluido, debemos analizar también la carta de Parada, teniendo en cuentaque el Controlador registra las últimas 5 cartas consecutivas previas a la orden deparada del pozo. Se debe tener cuidado porque se registran las últimas paradas noimporta la causa de la misma, y por lo tanto no siempre se tratará de una carta deparada por golpe de fluido.

Cuando entramos a la pantalla de un pozo lo importante siempre es verificar que elestado de comunicación sea válido observando que la antena de la página del pozo seencuentre en verde, si está en rojo significa que el pozo no esta comunicado.

Tenemos que tener en cuenta que si el Porcentaje de Marcha es 100%, esto puedesignificar que el pozo no agota nivel, y por lo tanto no esta parando por golpe de fluido.En tal caso, la carta a solicitar para el análisis del pozo sería la carta actual. Por elcontrario, si el Porcentaje de Marcha es menor al 100%, la carta que debemos analizares la de parada, que es la que mejor representa las condiciones extractivas del pozo.

Una vez definida la carta a ver realizamos la consulta sobre el controlador y de estamanera vemos la carta dinamométrica. Ver figura 7.


Figura 7 – Ejemplos de cartas vistas con el Graficador


Desde el Sistema podemos observar también el Gráfico de Goodman para el análisis deexigencia sobre las varillas y el Diagrama de Torque del AIB para evaluar elcontrapesado de la unidad de bombeo (Figuras 8 y 9).

Fig. 8 – Diagrama de Goodman Fig. 9 Diagrama de Torque

Existe disponible, el Gráfico Histórico con las principales variables calculadas o medidasque obtiene el controlador en cada carrera, las cuales pueden verse en forma Diaria,Semanal o Mensual (Ver Figura 10)

Las variables principales son:

• Carga Máxima• Carga Mínima• Presión de Boca de Pozo• Peso de Fluido• % de Marcha• Producción de Ayer• Llenado de Bomba Promedio• GPM

Este gráfico es muy útil para detectar problemas de producción, ya que puedeindicarnos la tendencia de comportamiento del pozo.


Figura 10 – Gráfico Histórico Principales variables


Configuración de los Principales Set Points:

Primeramente debemos definir lo siguiente:

• Método de Operación: habilitación global de valores de operación. Según seael método de operación (Normal, Timed o Host) serán las habilitacionespermitidas. Usualmente deberá estar en modo Normal. Los modos Host y Timed,los cuales deshabilitan las capacidades de control, solamente debieran serusados en casos puntuales como By-Pass temporal del sistema de control. Esaltamente recomendable que se use el modo Normal, quedando solo los modosHost y Timer para condiciones excepcionales.

En el Modo Host, el Controlador SAM ignora las señales de Carga y Posición,por lo tanto no tomará decisiones de marcha o paro del pozo en función de supropia lógica, ya que solo responde a los comandos del usuario.

En el Modo Timer el controlador puede ser programado para trabajar en ciclosde Marcha/Paro en tiempos programados por el usuario. Existen ciertasacciones de control limitadas tales como la parada por Violaciones de CargaMáxima o Mínima. Normalmente se utiliza en forma transitoria cuando seproducen roturas en los sensores y se desea hacer trabajar el pozo en formaintermitente hasta tanto se reparen los mismos.

• Modo de control: Criterio de control que usará el SAM para estableceragotamiento de nivel / golpe de fluido. Habitualmente se usará Carta de Fondo.Está también disponible Carta de Superficie o Modo Motor. El cambio delmétodo de control puede afectar el cambio de otros parámetros seteados avalores por defecto.

Principales Set Points en Modo Control de Carta de Fondo

Referencia llenado de bomba [%]: con este seteo buscamos cuidar la integridad de lasinstalaciones ya que determina la acción de Control por Golpe de Fluido. Para un pozoque tiene condiciones normales de funcionamiento, (que no se bloquea, sin presencia dearena, sin problemas de presión) el valor recomendado es de 85% +/- 5%. En algunoscasos en donde la frecuencia de intervención por pesca de varillas es alta, puede serconveniente utilizar hasta un 92 %.

Porque mencionamos la integridad de las instalaciones? Lo manifestamos porque si nocolocamos este set point en estos valores, en el momento que por alguna razón el pozocomience a golpear fluido se podrá producir daño a las instalaciones.

Mínimos Ciclos Pump-Off (Pantalla de Config. De Violaciones): si la carta de fondotiene en forma consecutiva este valor de carreras con llenado menor al llenado mínimoseteado en el parámetro anterior, el controlador SAM parará al pozo por Golpe de Fluido.


Tiempo Downtime [h:m]: toda vez que el controlador pare al pozo en forma transitoriautilizará este tiempo de paro. En especial, este setpoint es importante para larecuperación de nivel en el pozo, cuando estamos trabajando con la detección de Golpede Fluido.

Es muy importante un correcto valor de este set point ya que nos permite no solo ahorrarenergía, sino que también no perder producción y cuidar la integridad de lasinstalaciones.

Si el tiempo de paro es demasiado corto puede llegar a suceder que el pozo todavía nohaya recuperado nivel y por consiguiente arranque con golpe de fluido, y de esta manerano es tan eficiente el ahorro de energía ni tampoco favorezco a la integridad de lasinstalaciones.

Si el tiempo de paro es demasiado largo lo que puede ocurrir es que se pierdaproducción, debido a que un elevado nivel en el anular implicará demasiadacontrapresión contra la formación.

Otros Set Points son los siguientes:

• Límite de Carga Máxima [lbs]: generará una acción de paro si se supera en más elvalor de carga fijado. Se recomienda que este valor NUNCA sea fijado superando elvalor de máximo admisible de carga estructural del AIB. Dicho valor se desprende dela cifra intermedia del código del AIB multiplicada por 100 (ej: M912-365-168 = Cargaestructural máxima 365 x 100 = 36.500 libras). Una buena práctica para determinardicho valor es recurrir a los históricos y observar la tendencia de este parámetrodurante los últimos 30 a 60 días (siempre y cuando no se hayan efectuado cambiosen la instalación, velocidad de bombeo ni carrera), tomando el valor máximodetectado en dicho período y añadiendo unas 3000 Libras.

• Límite de Carga mínima [lbs]: generará una acción de paro si se supera en menosel valor de carga fijado. De manera similar a la carga máxima, una buena prácticapara determinar dicho valor es recurrir a los históricos y observar la tendencia deeste parámetro durante los últimos 30 a 60 días (siempre y cuando no se hayanefectuado cambios en la instalación, velocidad de bombeo ni carrera), tomando elvalor mínimo detectado en dicho período y restarle unas 3.000 libras como factor deseguridad. También debe tenerse en cuenta que dicha carga límite no genere unatensión que supere los mínimos admisibles por la sarta (rotura por compresión opandeo).

• Límite de Torque Pico [lbs.in]: generará una acción de paro si se supera el valorde torque en el reductor fijado. Este valor es calculado a partir del torque del motoreléctrico. Es recomendable deshabilitarlo para el caso de motoressobredimensionados para evitar falsas paradas.


• No RPMs: generará una acción de paro al no ser detectadas RPM en el motor. Esteparámetro admite la configuración de demora en arranque. Dicha demora establececuantos segundos no se monitoreará las RPM a partir de la orden de arranque. Serecomienda fijar este parámetro en 1 ó 2 segundos para motores de arranque directo(sin timer), ó 10 a 30 segundos para motores con Variador de Frecuencia (VSD) oArrancadores Suaves (Soft-Starter). Para AIBs con tableros con Timer/Temporizadorde arranque siempre activo, debe establecerse en este parámetro la misma cantidadde segundos que las fijadas en el timer del tablero más un adicional de 5 segundosextra.

• Límite de Minima RPM: generará una acción de paro si se supera en menos uncierto valor de RPM del motor. Permite detectar condiciones de anomalía ensuperficie como ser: Freno del AIB accionado, exceso de esfuerzo en caja reductora(problemas lubricación, aprisionamientos), desbalanceo (típicamente en AIB airbalance), aprisionamiento de correas rotas en eje del motor/caja, etc. De manerasimilar a la carga mínima una buena práctica para determinar dicho valor es recurrira los históricos y observar la tendencia de este parámetro durante los últimos 30 a60 días (siempre y cuando no se hayan efectuado cambios en la instalación,velocidad de bombeo ni carrera), tomando el valor mínimo detectado en dichoperíodo y restándole un 5% como factor de seguridad. También, de manera análogaa NO RPM, este parámetro admite la configuración de demora en arranque. Dichademora establece cuantos segundos no se monitoreará las mínimas RPM a partir dela detección de primer RPM. Es decir que verificará que se cumpla con la rampa dearranque del motor. Se recomienda fijar este parámetro en 3 ó 5 segundos paramotores de arranque directo, ó 20 a 60 segundos para motores con Variador deFrecuencia (VSD) o Arrancadores Suaves (Soft-Starter).

• No Manivela: generará una acción de paro al no detectarse movimiento en lamanivela luego de 2 minutos.

• Límite de Peso fluido [lbs]: genera una acción de paro si el valor correspondienteal peso del fluído es menor que el fijado, durante una cantidad de ciclos establecidosen el parámetro “Min ciclos Malf/Peso Fluido”. El peso del fluido se obtiene de lacarta de fondo a partir de la diferencia entre los valores absolutos de los promediosde carga máxima vs carga mínima menos las fricciones en la carrera neta de labomba. Este parámetro es fundamental para detectar condiciones como: Bloqueo dela bomba, pérdidas de trabajo de bomba, fugas en el tubing, escurrimientos,surgencia natural, rotura de sarta/bomba, etc. De manera similar a la carga mínimauna buena práctica para determinar dicho valor es recurrir a los históricos y observarla tendencia de este parámetro durante los últimos 30 a 60 días (siempre y cuandono se hayan efectuado cambios en la instalación, velocidad de bombeo ni carrera),tomando un 50 % del valor promedio.

• Punto Mal funciones Superficie: genera una acción de paro si el valor de carga delPunto de Mal funciones (fijado en la carta de superficie) tiene un valor superior alvalor de carga de la carrera ascendente para la posición fijada. En otras palabras, si


el punto queda por encima de la carta se cumple la malfunción. Su finalidad escomplementaria a la detección de Peso del Fluido.

Podemos encontrar más detalle de la utilización en la Intranet en el sitio llamado SITU enpreguntas frecuentes 10.

Cálculo Aproximado de la Sumergencia de un Pozo:

Para realizar este cálculo, nos valemos del cálculo del Peso de Fluido que realiza elcontrolador SAM (Ver Figura 11).


Figura 11 – Algoritmo de Cálculo de Peso de Fluido.

Para calcular la sumergencia necesitaremos de una planilla de cálculo auxiliar (VerFigura 12), donde además del peso de fluido necesitaremos ingresar otros valoresimportantes tales como: Presión de Línea y Casing (Psi), Profundidad de la Bomba,Diámetro de la Bomba y Densidad Promedio del Fluido. La densidad promedio deberíaobtenerse de los datos del último control, y por lo tanto, el cálculo será mas preciso si lorealizamos con la Carta del pozo y presiones tomadas ese mismo día de ensayo.


Figura 12 - Cálculo de la Sumergencia


Como muestra la figura 12, muchas veces el cálculo da un valor negativo. En este casoel problema radica en que el Peso de Fluido calculado por el controlador es mayor al realcuando existe “Alta Fricción” en la carta de fondo.

Para obtener un mejor dato del Peso de Fluido debemos por lo tanto, eliminar la friccióny esto debe hacerse en forma manual. Para ello, ubicados en el Graficador de Cartas,debemos marcar la solapa Escalas.

Luego yendo a la solapa mediciones y posicionándonos sobre la carta y apretando elbotón izquierdo del mouse y desplazándolo sobre la carta podremos obtener el valor decarga en libras para así ajustar el peso de fluido y vemos que en lugar del calculado de8316 lbs un valor más real sería de 6925 lbs.

Otra posible causa de error en el cálculo de la sumergencia podría haber sido unequivocado valor de densidad promedio del fluido.

Después de cambiar el valor del peso de fluido en la fórmula, pasamos de tener unasumergencia de –262 m a 151m siendo este valor mucho más cercano a la realidad.

Como calcula el Controlador SAM el llenado de bomba

En los cuadros de abajo podemos ver como hace el controlador para calcular el llenadode la bomba. Es importante la consideración o no del movimiento del tubing en loscálculos. Si tenemos tildado movimiento de tbg nos descontará la equivalencia a estemovimiento.

Si nosotros realizamos el cálculo de desplazamiento S*GPM*Kdiámetro de bomba * %de Marcha del día, será igual a la producción inferida.

Si tenemos el valor de producción inferida y la multiplicamos por K_factor, que es unparámetro que podemos introducir, obtendremos el valor muy cercano al control delpozo.


Tiempo de Paro Óptimo (Algoritmo de AUTO DOWN TIME):

Entendemos como Auto Down Time (ADT) al algoritmo que realiza el controlador paradeterminar el tiempo de paro óptimo de un pozo. El tiempo de paro óptimo es aquel queno es tan largo como para que el pozo pierda producción y a su vez no es tan corto yasí lograr la menor cantidad de ciclos diarios de arranque y paro.

Considerando que en un pozo toda las zonas que aportan tienen una porosidad,viscosidad, área, presión estática constante, un casing de 5 ½”, tbg de 2 7/8”, de la tablaIX-III la capacidad anular es de 8.23 lt/m por lo tanto en 100 m tendremos 823 lts.

Es interesante analizar cuanto puede aumentar el nivel en el anular cuando un pozo separa. Por ejemplo, un pozo que produce 60 m3/día (aprox. 2500 lts/h), aumentará elnivel unos 300 m luego de 1 hora de parado. Siguiendo este análisis, si consideramosque el nivel de fluencia esta en 2100 m, el nivel estático del pozo es de 800 m y el flujode producción desde las formación al anular es constante, se tardara 4.3 hs en alcanzarel nivel estático y por consiguiente después de 4.3 hs se empezará a perder producción.


El controlador tiene una función por la cual determina el punto óptimo de paro realizandola curva de la figura. Dicha curva es el resultado de un algoritmo de cálculo que elequipo realiza promediando los tiempos de marcha para distintos tiempos de paro quevarían en forma incremental. Este cálculo se llama Ensayo de Tiempo de Paro Óptimo.

En resumen, el tiempo de paro óptimo es el tiempo de paro más largo posible donde elcontrolador no detecte pérdida de producción (antes de que la curva se quiebre).

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