Fundamentos de Bombeo Electrosumergible 1

CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Fundamentos de Bombeo Electro sumergible Febrero 19 y 20 de 2004 Conferencistas: Ing. Pablo Pacheco Ing. Álvaro Jaramillo CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Fundamentos de Bombeo Electrosumergible CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL EL Sistema de Bombeo Electrosumergible CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Componentes del Sistema Controlador de Frecuencia Variable - VSD Transformador Caja de Venteo CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  La Bomba Centrífuga debe su nombre a la capacidad que tiene de desplazar fluidos mediante la generación de fuerzas centrífugas.  La Bomba Centrífuga multietapas se caracteriza por:  Diámetro reducido.  Gran cantidad de etapas.  Diseño para altas cargas. La Bomba Centrífuga CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  La bomba centrífuga trabaja por medio de la transferencia de energía del impulsor al fluido desplazado.  La parte rotativa, el impulsor, genera fuerzas centrífugas que aumentan la velocidad del fluido  La parte estacionaria, el difusor, dirige el fluido de la forma adecuada al siguiente impulsor. La Bomba Centrífuga CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  El fluido entra al impulsor por medio de un orificio interno, cercano al eje y sale por el diámetro exterior del impulsor.  El difusor dirige el fluido hacia el siguiente impulsor. La Bomba Centrífuga CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  El corte transversal de la bomba muestra los difusores e impulsores ubicados en el alojamiento.  Se superponen varias etapas (bombas multi-etapas) para obtener la altura de columna (TDH) deseada. La Bomba Centrífuga CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL La Bomba Centrífuga Impulsor Difusor CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Differentes tipos de impulsores que ofrece CENTRILIFT La Bomba Centrífuga CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL La Bomba Centrífuga Geometría de los Impulsores SERIE Caudal de Flujo, bbl/d CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  La bomba electrosumergible es normalmente impulsada por un motor eléctrico a una velocidad nominal típica de 3,600 RPM . RPM n.= (120 * ƒ)/ # de polos  Rendimiento de la bomba es función de:  Columna = ƒ (d, rpm, fluido)  Flujo = ƒ ( d, rpm, µ )  Potencia = ƒ ( flujo, columna, S.G. , µ ) La Bomba Centrífuga CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Curva Típica de una Bomba Centrífuga a 60 Hz La Bomba Centrífuga GC2900 RANGO DE OPERACION ALTURA DE COLUMNA EFICIENCIA DE LA BOMBA POTENCIA AL FRENO - BHP ALTURA DE COLUMNA (FT) UP THRUST DOWN THRUST CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL La Bomba Centrífuga Modelos y Configuraciones de ESP. Bombas Upper, Lower, Single y Middle Tandem Bombas Std, Estabilizada, ARM, AR y Compresora. CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL La Bomba Centrífuga Rangos de Producción SERIE BEP (min-max) Serie 338 800 – 2,500 BPD Serie 400 250 – 6,000 BPD Serie 513 1,150 – 10,000 BPD Serie 562 12,000 – 20,000 BPD Serie 675 7,000 – 35,000 BPD Serie 875 21,000 – 75,000 BPD CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  La bomba puede ser operada a diferentes velocidades, bien sea debido a restricciones en la fuente de poder o intencionalmente para modificar su rendimiento. Los parámetros de la bomba se relacionan con la velocidad de giro por medio de las siguientes ecuaciones. Flujo = ƒ ( RPM) = ƒ (frecuencia ) Columna = ƒ ( RPM2 ) = ƒ ( frecuencia2 ) BHP = ƒ ( RPM3 ) = ƒ (frecuencia3 ) La Bomba Centrífuga CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL La Bomba Centrífuga Leyes de Afinidad        1 2 12 Hz Hz Q Q 2 1 2 12 Hz Hz H H               1 2 12 Hz Hz MotorHP MotorHP 3 1 2 12 Hz Hz BHP BHP        Q = Caudal de producción - H = Altura de columna - BHP = Potencia al freno - MotorHP = Potencia generada por el motor - Hz = Frecuencia de operación CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Rendimiento de la bomba a diferentes velocidades La Bomba Centrífuga CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL El Separador de Gas (Intake) Los Separadores de Gas se usan cuando el gas libre causa interferencia con el rendimiento de la bomba. El Separador de Gas está diseñado para prevenir que gran parte del gas libre entre a la bomba. El Separador de Gas previene la cavitación. Hacia la bomba Orificios de venteo Tubo de compresión Cámara de separación rotativa Rotor revestido Guias de orientación Buje central Orificios de entrada Alojamiento Revestimiento del rotor Cámara de separación Tubo de compresión CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL • La cámara rotativa de diseño especial actúa como una centrífuga. • Obliga los fluidos pesados a dirigirse hacia las paredes exteriores y deja que el gas libre migre hacia el centro de la cámara. • El gas libre es físicamente separado del resto de los fluidos al final del separador. • El fluido rico en líquidos es dirigido hacia la toma de la bomba. • La corriente rica en gas es venteada al espacio anular. El Separador de Gas (Intake) CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL • El Sello protege al motor de la contaminación por los fluidos del pozo. • El Sello absorbe el empuje generado por la bomba. • El Sello iguala la presión entre el pozo y el aceite del motor. • El Sello compensa la expansión y contracción del aceite del motor. El Sello CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL El Sello  El Sello o sección sellante está ubicado entre el motor y el intake.  Transfiere el torque del motor a la bomba  La función más importante del Sello es la de proteger el motor.  El Sello protege al motor de la contaminación por los fluidos del pozo.  El Sello absorbe el empuje axial generado por la bomba.  El Sello iguala la presión entre el pozo y el aceite del motor.  El Sello compensa la expansión y contracción térmica del aceite del motor. CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL El Sello  El Sello ecualiza la presión interna del motor a la presión del espacio anular y evita la entrada de los fluidos del pozo al motor, por medio de:  Sellos mecánicos  Sistema de bolsa  Sistema laberíntico  La cámara de empuje está diseñada para absorber la fuerza de empuje producida por la bomba CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Los fluidos del pozo comprimen la parte exterior de la bolsa, la cual presuriza el aceite del motor en la parte interior de la misma. El área laberíntica es la segunda barrera que proteje al motor en caso de que los fluidos del pozo atraviesen los sellos mecánicos o la bolsa. La cámara de empuje está diseñada para absorber la fuerza de empuje producida por la bomba. Aceite mineral dieléctrico El Sello CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL El Sello CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Camino que los fluidos del pozo deben seguir para llegar a el Motor En el caso de que la bolsa elastomérica falle, la segunda línea de defensa es la cámara laberíntica. En ésta, los fluidos del pozo tienen que desplazar progresivamente el aceite limpio del motor existente en la cámara. El Sello CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL El Motor Eléctrico  Transmite el movimiento a la bomba  Tiene ratas especificas de potencia, voltaje y corriente  Es un motor de inducción, bipolar, trifásico, AC  EL motor gira aproximadamente a 3,500 RPM a 60Hz  Esta construido de rotores superpuestos que se alojan dentro de un estator bobinado  El enfriamiento del motor se logra a través de:  Circulación interna del aceite dieléctrico del motor  Flujo del pozo alrededor de la parte exterior del motor CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Componentes Básicos EJE COJINETE ROTOR EJE Y ROTOR ESTATOR ALOJAMIENTO SISTEMA DE ENCAPSULADO EPOXICO ESTATOR BOBINADO El Motor Eléctrico CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL El Motor Eléctrico Componentes Principales Cojinete Rotor Sistema de Encapsulado Expoxico Estator Enbobinado CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL El Motor Eléctrico  Una corriente alterna (AC) de tres fases crea campos magnéticos que giran en el estator. Estos campos magnéticos inducen al rotor y al eje a girar dentro del estator.  Cada rotor es capaz de producir un determinado número de HP a un voltaje dado.  El voltaje, en la superficie, puede ser cambiado para ajustar la capacidad de HP y el rendimiento del motor. CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL El Motor Eléctrico Desempeño de un motor Electrosumergible CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL El Motor Eléctrico  La temperatura del motor es determinada por 5 factores:  Temperatura del pozo  Porcentaje de carga del motor  Velocidad del fluido alrededor del motor  Propiedades de enfriamiento del pozo (% gas, corte de agua, escale, etc…)  Calidad de la energía disponible (desbalance de voltaje o corriente, voltaje disponible, etc…)  Los componentes del motor estan diseñados para resistir temperaturas de 260 oC (500 oF). CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Rangos de Potencia SERIE HP (min –max) Serie 375 19 – 195 HP Serie 450 12 – 306 HP Serie 544 30 – 330 HP Serie 562 28 – 1,000 HP Serie 725 100 – 2,000 HP El Motor Eléctrico CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL El Cable  Centrilift ofrece una amplia gama de cables planos y redondos para unidades de bombeo electrosumergibles.  Dependiendo de la temperatura y condiciones del pozo, diferentes cables han sido diseñados para cada aplicación.  Los Cables Centrilift usan conductores de cobre sólidos.  El material aislante EPDM proteje el cable cuando altas temperaturas están presentes.  Los Cables FLUORO BARRIERTM (Cable CEB) son usados en pozos con altas concentraciones de gas, una barrera de “Fluoropolymer” protege al cable de la decompresión.  La adición de una barrera de plomo (Cable CEL) protege al cable contra la penetración de gases. CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Cable Redondo Cable Plano ARMADURA METALICA CONDUCTOR CONDUCTOR ARMADURA METALICA CHAQUETA AISLAMIENTO CHAQUETA AISLAMIENTO BARRERA PROTECTORA BARRERA PROTECTORA El Cable CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL El Cable Conductor aislado Capa de barrera extruida (CEB) Conductor de cables aislados Conductor de cables recubierto Armadura metalica Conductor de cobre CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Tableros de Control Centrilift ofrece dos tipos de Tableros de Control diseñados especialmente para las unidades de bombeo electrosumergible: • Velocidad fija - Electrostart® Switchboard • Velocidad variable - Electrospeed® (ICS) Variable Speed Drive (VSD) Variable Speed Controller (VSC) Variable Frequency Controller (VFC) Variablre Frequency Drive (VFD) CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Electrostart® El Electrostart® es un tablero de control de frequencia fija especialmente diseñado para ser usado con equipos BES/BEC. El Electrostart puede ser usado en conjunto con el controlador Vortex, el cual protege al motor y al cable de descargas de alto voltage. El controlador Vortex protege al sistema BES/BEC de sobrecarga y bajacarga, desbalance de la corriente y CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Electrospeed® El Controlador de Velocidad Variable Electrospeed® usa componentes electrónicos para variar la frequencia de entrada de 60 Hz y convertirla a una frequencia que puede oscilar entre 30 - 90 Hz. Esto permite operar la bomba a diferentes velocidades. La manipulación de la frequencia de entrada al motor permite modificar el rendimiento y rango operacional de la bomba electrosumergible. CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Fundamentos Básicos para el diseño de un sistema de bombeo Electrosumergible CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  El trabajo que la bomba Electrosumergible tiene que realizar esta determinado por dos variables:  El comportamiento del pozo (Indice de productividad)  Presión requerida para producir el caudal deseado Trabajo de la Bomba 1,000 BPD Trabajo que debe realizar la bomba Producción (BPD) P re si ó n f lu ye n te ( P S I) Curva de producción del pozo (IPR) Flujo en la tubería Presión requerida para alcanzar la producción deseada CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Perfil de Presión del Pozo Presión (PSI) Profundidad de las perforaciones P ro fu n d id ad ( F T ) Presión en cabeza de Pozo Profundidad de la bomba Presión de Intake Presión de Descarga Pwf Ps Superficie CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Trabajo de la Bomba  La operación de la bomba Electrosumergible es determinada por cuatro factores:  Diseño de la Bomba  Número de etapas  Velocidad de operación  Propiedades del fluido GC2900 CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Capacidad de Producción  Para calcular la capacidad de producción del pozo se puede utilizar uno de los siguientes métodos:  Indice de Productividad  El método de Vogel  El método de Standing Esta es la forma más simple de construir la curva de la relación del comportamiento de afluencia (IPR), la cual resulta de la suposición de que el IPR es una relación lineal. Es decir, el caudal del pozo (Q) es directamente proporcional a la reducción de presión "drawdown" en el fondo del pozo (Pr - Pwf). La constante de proporcionalidad que mide la productividad del pozo se le conoce como el Indice de Productividad (PI)(J). Indice de Productividad Pwf -Pr Q PI  CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Capacidad de Producción Indice de Productividad Pwf -Pr Q PI  Calcular el índice de productividad con los siguientes datos: Caudal de producción = 600 BPD Presión fluyente (@ caudal de producción) = 1,346 psi Presión Estática = 2,500 psi 1,346 - 2,500 600 PI  bpd/psi 0.52 PI 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Producción (BPD) P re s ió n ( P S I) Si queremos producir 1,000BPD, la presión fluyente es igual a 577psi CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Curva IPR 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Caudal de flujo (qo), stb/d P re s ió n d e f lu jo ( P w f) , p s ig Curva IPR PI constante qomax = 7,467 stb/d Presión de burbuja PI Constante Vs. Vogel Capacidad de Producción CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Diseño de la Bomba  Cada bomba tiene un rango específico de operación  Las curvas de operación de la bomba definen los siguientes parámetros:  Altura de columna generada por cada etapa (pies)  Potencia requerida por cada etapa  Eficiencia de la bomba  Rango de operación y punto de mayor eficiencia (BEP) FC1200 BEP = 1,200 BPD Min = 900 BPD Max = 1,550 BPD BEP = 925 BPD Min = 700 BPD Max = 1,150 BPD FC925 CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Número de Etapas  Las bombas Electrosumergibles están diseñadas para operar con gran cantidad de etapas  El trabajo (columna en pies) y el consumo (HP) de cada etapa es determinado por la curva de operación de la bomba 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Caudal (BPD) A lt u ra d e C o lu m n a ( F T ) 200 Etapas 150 Etapas 100 Etapas Rango de Operación Etapas de No. Etapa Columna Total Columna  Etapas de No. Etapa HP Requerido HP  CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Velocidad de Operación  La velocidad de operación de la bomba depende de las características eléctricas del motor y la frecuencia (Hz) de operación  La bombas son generalmente probadas a 60Hz (3,500 RPM)  Usando las leyes de Afinidad se puede calcular el comportamiento de la bomba a otras velocidades 3 1 2 12 2 1 2 12 1 2 12                      N N BHPBHP N N HH N N QQ CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Propiedades del Fluido  Las curvas de rendimiento de las bombas son generadas usando agua como fluido de referencia  Las propiedades del fluido como densidad y viscosidad y porcentaje de gas libre alteran considerablemente la curva de operación  La potencia requerida por la bomba es función de la densidad.  La viscosidad disminuye la cabeza generada por la bomba 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Caudal (BPD) A lt u ra d e C o lu m n a ( F T ) BEP Efecto de la viscosidad en la curva de la bomba CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  El Gradiente de Presión es la presión ejercida por cada pie de altura del fluido. Ejemplo:  Gradiente de presión del agua = 0.433 psi/pie (0.1 kg./m). Por lo tanto una columna de agua de 50 pies de altura ejercerá una presión de 21.65 psi (50 pies x 0.433 psi/pie),  Entre mayor sea la densidad o gravedad específica del fluido, mayor será el gradiente de presión ejercido para la misma distancia de columna. Gradiente (psi/ft) = S.G. * 0.433 psi/ft Gradiente de Presión CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Gravedad Específica En la industria petrolera se utiliza la gravedad API (American Petroleum Institute) como medida de la gravedad específica del petróleo. La relación entre gravedad específica y gravedad API es la siguiente (a una temperatura de 60 °F): API 131.5 141.5 γ o  Gravedad Gravedad Gradiente API Específica psi/pie 10 1.000 0.433 11 0.993 0.430 12 0.986 0.427 13 0.979 0.424 14 0.973 0.421 15 0.966 0.418 16 0.959 0.415 17 0.953 0.413 18 0.946 0.410 19 0.940 0.407 20 0.934 0.404 21 0.928 0.402 22 0.922 0.399 23 0.916 0.397 24 0.910 0.394 25 0.904 0.391 26 0.898 0.389 27 0.893 0.387 28 0.887 0.384 29 0.882 0.382 30 0.876 0.379 CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL 3,000’ 100 100 5,000’ Presión Manométrica Nivel de Fluido Dinámico a 3,000 pies Intake de la Bomba a 5,000 pies Presión de entrada a la Bomba Profundidad de la bomba: 5,000 pies Nivel del fluido: 3,000 pies Promedio de gravedad específica del fluido en el espacio anular: 0.950 Presión en superficie: 100 psi. 5000 Pies (Referencia) - 3,000 pies (nivel del fluido) = 2,000 pies (sumergencia). Presión en la entrada de la bomba: psi 923 = psi 100 + pies/psi 2.31 0.950 x pies 2,000 PIP        CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 May-00 Jun-00 Jul-00 Aug-00 Sep-00 Oct-00 Nov-00 Dec-00 Jan-01 Feb-01 Date T o ta l F lo w r a te ( b fp d ) & P IP ( p s i)  Yacimiento por agotamiento (Depletion reservoir). Estos son yacimientos que tienen empuje por gas en solución, empuje de la capa de gas, expansión de los fluidos del yacimiento y/o empuje gravitacional. Producción (BFPD) Presión de Intake (PSI) Tipos de Yacimiento CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Nov-97 Feb-98 May-98 Aug-98 Nov-98 Feb-99 May-99 Aug-99 Nov-99 Feb-00 Date T o ta l F lo w R at e ( b fp d ) & P IP ( p si )  Yacimiento por o con empuje de agua (Water drive reservoir). Su energía es un acuífero activo. Este tipo de yacimientos mantienen una presión constante. Producción (BFPD) Presión de Intake (PSI) Tipos de Yacimiento CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Operación y tiempo de vida de los equipos CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  Diseño apropiado del equipo  Temperatura del pozo  Gas libre  Viscosidad  Corrosión  Arena o materiales extraños  Escala  Fallas eléctricas  Problemas de operación  Tiempo de operación del equipo Tiempo de Vida del Equipo Factores que afectan el tiempo de vida CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  Es el primer factor para lograr un buen tiempo de vida  La bomba debe ser diseñada para operar dentro del rango de operación recomendado durante la vida del pozo  La información del índice de productividad del pozo y las propiedades del fluido son indispensables para diseñar correctamente la bomba  Un mal diseño puede ocasionar una falla prematura al ocasionar que la bomba opere fuera de su rango recomendado  Datos incorrectos sobre las características del fluido pueden causar un error en el calculo de la potencia del motor Tiempo de Vida del Equipo Diseño apropiado del equipo CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  Buenos datos del yacimiento y del índice de productividad  Buenos datos de las propiedades del fluido  Historia de instalaciones y problemas anteriores  Utilizar correlaciones apropiadas  Usar Variadores para dar mayor flexibilidad al equipo y aumentar el tiempo de vida Tiempo de Vida del Equipo Soluciones para un Diseño apropiado del equipo CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  La temperatura de fondo afecta principalmente al motor. Temperaturas de fondo por encima de 220 oF son consideradas como altas para una aplicación ESP  La temperatura de operación del motor depende principalmente de los siguientes factores:  Temperatura del fluido  Carga del motor  Velocidad del fluido alrededor del motor  Porcentaje de Agua, gas y petróleo  Viscosidad del fluido  Calidad de la energía (desbalance de corriente, voltaje, etc…) Tiempo de Vida del Equipo Temperatura del pozo CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  El sistema ESP puede operar por largos periodos en pozos con altas temperaturas siempre y cuando se diseñe el equipo apropiado. Se recomiendan las siguientes opciones en el equipo:  Aceite dieléctrico de alta temperatura (CL-5 o CL-6) - retiene sus propiedades en altas temperaturas  Elastómeros de alta temperatura - Cables con aislamiento de EPDM, bolsas de Aflas en el sello  Motores con construcción especial para asegurar tolerancias apropiadas  Cuando sea apropiado, de-ratear los motores en pozos con altas temperaturas Tiempo de Vida del Equipo Soluciones a operaciones con altas temperaturas CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  La producción de fluidos con alta viscosidad puede causar los siguientes problemas en el equipo Electrosumergible  Incrementa el requerimiento de potencia del equipo  Reduce la eficiencia de la bomba  Incrementa las pérdidas por fricción en la tubería incrementando el trabajo del equipo  Soluciones a la producción de fluidos con alta viscosidad  Diseñar bombas con etapas de caudales mas altos y motores de mayor potencia  Utilizar diluyente Tiempo de Vida del Equipo Alta Viscosidad del fluido CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  Fluidos corrosivos afectan al equipo Electrosumergible en la siguiente forma:  CO2 causa corrosión en el housing, cabeza y base del equipo de fondo  CO2 causa corrosión en la armadura de acero galvanizado del cable, conectores y Motor Lead  H2S reacciona con el cobre del cable ocasionando que el cable se desintegre  H2S ocasiona corrosión en ciertos tipos de aceros Tiempo de Vida del Equipo Corrosión CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  Utilizar housings resistentes a la corrosión (9% a 12% Cromo)  Bases y cabezas de acero inoxidable  Cables con armadura de monel o acero inoxidable  Ejes de monel o inconel  Cable con recubrimiento de plomo para protejer al cable de H2S Tiempo de Vida del Equipo Soluciones a Problemas de Corrosión CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  La producción de arena causa los siguientes problemas en el equipo Electrosumergible  Desgaste por abrasión en las etapas de la bomba  Vibración excesiva en el eje de la bomba  Falla del sello mecánico en el sello  Posible falla en el motor por migración de fluido  Soluciones a la producción de fluidos con arena  Utilizar bombas con insertos de tungsteno resistentes a la abrasión. Provee soporte axial y radial  Arrancar pozos lentamente para evitar producción de arena  Utilizar separadores de arena en el fondo del equipo  Utilizar recubrimientos en las etapas de la bomba Tiempo de Vida del Equipo Producción de Arena CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  La producción de materiales extraños puede causar los siguientes daños en la bomba:  Destruir las etapas de la bomba  Taponar los espacios entre los alabes de las etapas  Bajo flujo alrededor del motor causado por el taponamiento parcial de la bomba genera recalentamiento del motor o el cable resultando en una falla prematura  Soluciones a la producción de materiales extraños:  Limpiar apropiadamente el pozo después de cada Workover  Utilizar mallas en en intake de la bomba  Arrancar pozos lentamente para disminuir la producción excesiva de materiales extraños atrapados en el fondo del pozo Tiempo de Vida del Equipo Materiales Extraños CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  La incrustación de materiales como escala o Asfaltenos en las etapas de la bomba incrementan los requerimientos de potencia (HP) y pueden taponar la bomba y la tubería.  Los tipos de incrustaciones mas comunes son:  Escala (Carbonatos)  Asfaltenos  Parafinas  Algunas soluciones para este tipo de problemas son:  Inyección de químicos  Incrementar la temperatura de la tubería (excepto Carbonatos)  Controlar la presión de entrada a la bomba Tiempo de Vida del Equipo Incrustaciones CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  Las fallas eléctricas son principalmente causadas por los siguientes factores:  Falla en los componentes eléctricos o electrónicos de superficie  Problemas en la generación de energía, como desbalance de voltaje  Falla en el cable de potencia causada por picos de voltaje o descompresión del cable  Sobrecarga del controlador o transformador debido a cambios en las condiciones de fondo Tiempo de Vida del Equipo Fallas Eléctricas CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  Los errores de operación mas comunes que ocasionan la falla del equipo Electrosumergible son:  Operar la bomba por fuera del rango recomendado  Arranques excesivos del pozo  Operar la unidad con la válvula de superficie cerrada (El motor o MLE se quemara por falta de refrigeración al no haber movimiento de fluido)  Operar la unidad cuando el pozo se queda sin nivel  Bajar rápidamente la presión fluyente del pozo (puede causar descompresión en el cable, MLE, o conectores)  Incrementar muy rápidamente la producción del pozo puede causar el movimiento excesivo de arena o materiales extraños Tiempo de Vida del Equipo Errores de Operación CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  El equipo Electrosumergible gira a 3,500 RPM, opera 24 horas al día en condiciones hostiles y sin ningún tipo de mantenimiento al equipo de fondo. Es por esto que el envejecimiento del equipo de fondo es una de las razones más comunes por las que se tiene que realizar un pulling. Algunas de las causas mas comunes son:  Baja producción debido a desgaste de la bomba  Falla del motor debido a sobrecarga o altas temperaturas  Falla del motor debido a contaminación de los fluidos del pozo  Falla del cable o el MLE debido a daños por descompresión Tiempo de Vida del Equipo Envejecimiento del Equipo CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL Operación del Equipo  Los tres parámetros básicos que deben ser monitoreados constantemente para determinar la condición del equipo Electrosumergible son:  Producción del pozo  Presión de entrada a la bomba  Corriente de operación del motor  Al evaluar constantemente estos datos se puede determinar el estado actual del equipo y prevenir posibles problemas CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  Al evaluar constantemente los datos de producción del pozo (flujo, presión en superficie, corte de agua) se pueden determinar los siguientes factores:  Punto de operación dentro de la curva de la bomba  Tendencia de producción del pozo  Desgaste o taponamiento de la bomba  Huecos en tubería Operación del Equipo Producción del Pozo La caída de producción es unos de los primeros indicadores de un problema en el sistema Electrosumergible CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  Al seguir de cerca el comportamiento de la presión de fondo se pueden determinar:  Problemas relacionados al pozo o a la bomba  La operación actual de equipo en comparación a los datos de diseño  Anticipar la pérdida de nivel en la entrada de la bomba  Huecos en tubería  Desgaste o taponamiento de la bomba Operación del Equipo Presión de Entrada a la Bomba La caída o incremento de la presión de entrada a la bomba es un indicador de la operación de la bomba y el comportamiento del pozo CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  Al monitorear la corriente de operación del motor se puede:  Determinar tendencias de la carga del equipo  Detectar posibles daños eléctricos o mecánicos del equipo  Determinar cambios en las condiciones del fluido de fondo  Gas  Emulsión Operación del Equipo Corriente de Operación del Motor Cambios en la corriente de operación indican que el motor está reaccionando a un cambio en la bomba, el pozo o el sistema eléctrico. CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  Los siguientes son parámetros adicionales que ayudan a determinar el estado de operación del equipo:  Presión de descarga de la bomba  Temperatura de descarga de la bomba  Temperatura de fondo  Temperatura de operación del motor  Vibración del Motor  Pérdidas de corriente Operación del Equipo CentriliftCentrilift ©2002 CENTRILIFT. PROPIEDAD INTELECTUAL DE CENTRILIFT - PROHIBIDA SU REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL  Para determinar correctamente el comportamiento del pozo con el equipo Electrosumergible se debe analizar la siguiente información:  Historia del pozo (Incluyendo Workovers, tratamientos químicos, etc..)  Historia y operación de las instalaciones anteriores  Cartas amperométricas  Tendencias históricas de producción  Indice de productividad del pozo  Información de paradas y arranques Operación del Equipo Troubleshooting