Introducción Los Sistemas Artificiales Artificiales de Producción (SAP), son utilizados en la mayoría de los pozos productores de petróleo del mundo. A partir de que la energía del reservorio no es capaz de vencer los requerimientos de presión para que el fluido ascienda a superficie, un SLA ser necesario para producir el !dra"#do"n$ en el reservorio y %rindarle esa energía e&tra que necesita el fluido.
Introducción Los Sistemas Artificiales Artificiales de Producción (SAP), son utilizados en la mayoría de los pozos productores de petróleo del mundo. A partir de que la energía del reservorio no es capaz de vencer los requerimientos de presión para que el fluido ascienda a superficie, un SLA ser necesario para producir el !dra"#do"n$ en el reservorio y %rindarle esa energía e&tra que necesita el fluido.
Unidad 1 .Introducción a los sistemas artifciales Hoy día menos de un cuarto de los Pozos productores fuyen en orma Natural
Es un proceso de transerencia de energía al ondo del pozo o decremento de la densidad del fuido en para reducir la carga Hidrostática sobre la ormación, de tal orma que la energía disponible del yacimiento fuye al pozo y los volmenes comerciales de !idrocarburos son levantados o desplazados a la super"cie#
'. La instalación de los sistemas artificiales de producción o%edece a razones económicas y tcnicas.
. Antes de instalar un sistema artificial, es conveniente tener un estudio económico que compare todos los sistemas artificiales %a*o las siguientes premisas+ nversión inicial, vida -til del sistema, costos de operación, producción esperada, costos y duración de intervenciones a pozos, producción diferida por intervenciones y estadística de fallas de los sistemas.
. /s conveniente realizar un estudio de anlisis de riesgo, el cual de%e incluir un anlisis estadístico de fallas, así como un anlisis de riesgo operativo al intervenir los pozos.
0. 1e%en revisarse las características geomtricas de los pozos, las propiedades de los fluidos producidos, la posi%le formación de depósitos orgnicos e inorgnicos, la posi%le producción de arena, la temperatura de los pozos, la
producción de gases amargos y la profundidad de media de los pozos, con la finalidad de escoger el sistema adecuado a las condiciones de los pozos.
2. 3on el estudio económico, el estudio de riesgo y el estudio tcnico, se est en posi%ilidad de elegir el sistema indicado para las condiciones específicas esperadas. /ste estudio puede ser considerado como un estudio de facti%ilidad.
Sistemas Artifciales de Producción PCP (Progressing Cavity Pumps)
3onsiste de dos engranes 4elicoidales, uno dentro del otro rotando a lo largo de su e*e longitudinal correspondiente. /l engrane e&terno tiene un diente ms que el interno. 3uando el rotor gira e&cntricamente dentro del estator, se forma una serie de cavidades selladas desde la entrada 4asta la descarga de la %om%a 3uando una cavidad disminuye, se crea otra cavidad del mismo volumen (5lu*o de desplazamiento positivo sin pulsaciones). Por cada giro del rotor, el estator mover una cantidad de fluido.
La capacidad de presión de la %om%a est en función del n-mero de líneas selladas.
Sistemas Artificiales de Producción BHL (Hydraulic Lift)
/s un mtodo que aplica energía energía adicional al fluido del pozo para me*orar o realizar el levantamiento /l fluido de potencia act-a en el componente de fondo para realizar el levantamiento 6om%as 7et, 6om%as de Pistón o 8ur%ina 5luido de potencia 8ípicamente 999 : 0999 psi en la superficie 8ípicamente requiere relaciones de a 0 +' del fluido de potencia al fluido del pozo Se puede utilizar aceite o agua
Sistemas Artifciales de Producción BC (lectro Su!mersi!le Pumps)
Sistemas Artificiales de ProducciónBN (Gas Lift)
Unidad ". #ise$o de tu!er%as de revestimiento Bom!eo neum&tico continuo $enta%as& '(nversiones ba%as para pozos proundos# ')a%os costos en pozos con elevada producción de arena# '*le+ibilidad operativa para cambiar las condiciones de presión# 'daptable en pozos desviados# '-apaz de producir grandes volmenes de fuidos# 'El equipo super"cial puede centralizarse en una estación# '.as válvulas pueden ser recuperadas con línea de acero# /esventa%as& '0equiere una uente continua de gas# '-ostos operativos altos si el gas es comprado# 'ltos costos operativos al mane%ar gases amargos# '1e requieren niveles de líquido altos# '1e requiere alimentación de gas a alta presión# '-ondiciones peligrosas al mane%ar gas a alta presión# '.a 2#0# debe soportar una alta presión de gas
Bom!eo 'idr&ulico $enta%as& ;*le+ibilidad para cambiar las
condiciones operativas# ;(nstalaciones grandes orecen
una inversión ba%a por pozo# ;.a recuperación de las bombas
se !ace por circulación inversa# ;1e puede instalar en pozos
desviados# ;daptable a la automatización# ;(nversiones ba%as para
volmenes producidos mayores a 344 )P/ en pozos proundos# ;El equipo puede ser
centralizado en un sitio#
/esventa%as& ;5antenimiento del fuido motor
limpio# ;-ondiciones peligrosas al
mane%ar aceite a alta presión en líneas# ;.a p6rdida de potencia en
super"cie ocasiona allas en el equipo subsuper"cial# ;El dise7o es comple%o# ;En ocasiones requiere de sartas mltiples# ;Es diícil la instalación de la bomba en agu%ero descubierto# ;El mane%o de arena, incrustaciones, gas o corrosión
ocasionan muc!os problemas#
;/emasiada inversión para producciones altas a
proundidades someras e inmediatas#
Bom!eo electrocentr%ugo $enta%as& ;6uena
4a%ilidad para producir altos vol-menes de fluido a profundidades someras e intermedias. ;6a*a inversión someras.
para
profundidades
;Adapta%le a la automatización. ;/s aplica%le a profundidades de 099 m.
/esventa%as& ;/l ca%le elctrico es la parte ms d%il del sistema. ;Poca fle&i%ilidad para condiciones de producción.
variar
las
;8iempos de cierre prolongados. ;
de
;Los pro%lemas de incrustaciones son fatales para la operación. ;1ifícil para mane*ar alto porcenta*e de arena o gas.
Bom!eo de cavidades progresivas
$enta%as& ;6a*as inversiones para pozos someros y %a*os gastos. ;/&celente eficiencia 4idrulica (29# =9>). ;5cil de instalar y operar. ;/&celente para mane*ar arena. ;?pera en pozos con aceite viscoso.
/esventa%as& ;Se requiere de e&periencia y conocimiento. ;@ida -til corta por los pro%lemas del elastómero. ;6a*a eficiencia para gas.
nidad %om%eo mecnico
Introducción /l %om%eo mecnico es el mtodo de producción primaria mediante elevación artificial del fluido que se encuentra en el pozo y que por falta de energía no puede surgir a superficie. /s uno de los mtodos ms utilizados a nivel mundial (B9# C9>). 3onsiste en una %om%a de su%suelo de acción reciprocante que es a%astecida con energía transmitida a travs de una sarta de varillas (ca%illas). La energía proviene de un motor elctrico o de com%ustión interna, la cual moviliza a una unidad de superficie mediante un sistema de engrana*e y correas. /l %om%eo mecnico es un procedimiento de succión y transferencia casi continua del petróleo 4asta la superficie. La unidad de superficie imparte el movimiento de su%e y %a*a a la sarta de varillas de succión que mueve el pistón de la %om%a, colocada en la sarta de producción, a cierta profundidad del fondo del pozo ./l 6om%eo Decnico 3onvencional tiene su principal aplicación en el m%ito mundial en la producción de crudos pesados y e&tra pesados, aunque tam%in se usa en la producción de crudos medianos y livianos. Eo se recomienda en pozos desviados y tampoco es recomenda%le cuando la producción de sólidos yFo la relación gas : líquido sean muy altas, ya que afecta considera%lemente la eficiencia de la %om%a.
Levantamiento artificial por %om%eo mecnico
/l %om%eo mecnico es el mtodo ms usado en el mundo. 3onsiste una %om%a de su%suelo de acción reciprocante, que es a%astecida con energía producida a travs de una sarta de ca%illas. La energía es suministrada por un motor elctrico o de com%ustión interna colocada en la superficie. 8iene su mayor aplicación mundial en la producción de crudos pesados y e&tra pesados, aunque tam%in se utiliza en la producción de crudos medianos y livianos. La función principal de la unidad de %om%eo mecnico es proporcionar el movimiento reciprocante apropiado, con el propósito de accionar la sarta de ca%illas y estas, la %om%a de su%suelo. La unidad de %om%eo, en su movimiento, tiene dos puntos muy %ien definidos+ muerto superior y muerto inferior. 3uando el %alancín est en el punto muerto inferior sus vlvulas fi*a y via*era se 4allan cerradas. Al comenzar la carrera ascendente, la presión de fondo y el efecto de succión del pistón permite la apertura de la vlvula fi*aG el fluido pasa del pozo 4acia el interior de la %om%a. Al mismo tiempo, la columna de fluido e*erce una presión so%re la vlvula via*era y permanecer cerrada durante la carrera ascendente.
VENTAJAS •
Hracias
al desarrollo de
simuladores,
4oy
en
día
es
muy
fcil
el anlisis y diseIo de las instalaciones. •
Puede ser usado prcticamente durante toda la vida productiva del pozo.
•
La capacidad de %om%eo puede ser cam%iada fcilmente para adaptarse a las variaciones del índice de productividad, P<.
•
Puede producir intermitentemente mediante el uso de temporizadores (P?3 Js) o variadores de frecuencia conectados a una red automatizada.
•
Puede mane*ar la producción de pozos con inyección de vapor.
Desenta!as •
Suscepti%le de presentar %loque por e&cesivo gas li%re en la %om%a.
•
/n pozos desviados la fricción entre las ca%illas y la tu%ería puede inducir a fallas de material. La unidad de superficie es pesada, necesita muc4o espacio y es o%trusiva
•
al am%iente. •
/n sitios po%lados puede ser peligrosa para las personas.
•
3uando no se usan ca%illas de fi%ra de vidrio, la profundidad puede ser una limitación.
APLI"A"I#NES •
Pozos de profundidades 4asta B999 pies (no mayores a C999 pies).
•
Pozos de crudos e&trapesados, pesados, medianos y livianos.
•
Eo es recomenda%le aplicar en pozos que producen altos vol-menes de gas.
•
Puede realizar levantamientos de crudos a altas temperaturas, así como de fluidos viscosos.
•
Eo de%e e&istir presencia de arena.
•
Solo en pozos unidireccionales.
•
Se puede usar en pozos desviados.
•
/ste mtodo de levantamiento se encuentra entre 9 y 999 (6PP1).
EP$ (em%olas &or minutos) /stas son las cifra de repeticiones continuas del movimiento ascendente y descendente (em%oladas) que mantienen el flu*o 4acia la superficie. 3omo en el %om%eo mecnico 4ay que %alancear el ascenso y descenso de la sarta de varillas, el contrapeso puede u%icarse en la parte trasera del mismo %alancín o en la manivela. Los dimetros de la %om%a varían de 2,0 a '9 milímetros. /l
desplazamiento de fluido por cada dimetro de %om%a depende del n-mero de em%oladas por minuto y de la longitud de la em%olada, que puede ser de varios centímetros 4asta C metros. /&isten instrumentos que conta%ilizan el n-mero de em%oladas, donde se demuestran en pantallas de cristal líquido (L31), estos aparatos monitorean y presentan la velocidad del n-mero de em%oladas por minuto (/PD) y el n-mero total de em%oladas de las %om%as. Se calcula de la velocidad de cada em%olada y actualiza la pantalla de velocidad de %om%eo de cada segundo, conta%iliza apro&imadamente de K a 29 em%oladas por minuto y de 9 a CCCCem%oladas totales acumuladas. /l 3ontador de em%oladas es accionado por medio de una %atería con una vida -til de aIos. /l control de la unidad es por medio de cristales, razón por la cual no requiere de cali%ración. Presenta tam%in, un indicador de %a*o volta*e de la %atería y un sistema -nico de paro total en situaciones donde se presente un volta*e e&tremadamente %a*o, para prevenir daIos a las pantallas L31. La ca*a, construida en acero ino&ida%le, es resistente al agua. 8odos los letreros se gravan permanentemente en la ca*a. /l paquete completo est diseIado para operar en forma confia%le en el medio am%iente de perforación de pozos petroleros, con altas vi%raciones y uso constante, tanto en localizaciones en tierra como costa afuera
Lon'itud de "arrera 1istancia que recorre el vstago desde el tope 4asta el fondo, con un dimetro ya esta%lecido, una carrera larga por e*emplo, puede llegar 4asta C. metros se de%e 4acer lo posi%le por tra%a*ar a %a*os ciclos por minuto esto permite un completo llenado de la %om%a y una menor carga dinmica, pero cuando la carrera es muy larga el esfuerzo mecnico del vstago y de los co*inetes es demasiado grande, para evitar el riesgo de pandeo, si las carreras son grandes de%en adoptarse vstagos de dimetros superior a lo normal. Adems al prolongar la carrera de distancia entre co*inetes aumenta, y con ello, me*ora la guía del vstago.
Eui&os a niel de su&erficie
Dotor+ /s el encargado de suministra la energía necesaria a la unidad de %om%eo para levantar los fluidos de pozo. /s motores pueden ser de com%ustión interna o elctricos. 3a*a de engrana*e+ Se utiliza para convertir energía del momento de rotación, sometidas a altas velocidades del motor primario, a energía de momento de rotación alto de %a*a velocidad. La maquina motriz se conecta al reductor de velocidad (ca*a de engrana*e) mediante correa. /l reductor de velocidad puede ser+ Simple, do%le o triple. La reductora do%le es la ms usada. Danivela+ /s la responsa%le de trasmitir el movimiento de la ca*a de engrana*e o transmisión a la %iela del %alancín, que est unida a ellos por pínes se estn su*etas al e*e de %a*a velocidad de la ca*a de engrana*es y cada una de ellas tienen un n-mero igual de orificios, los cuales representan una determinada carrera del %alancín, en ellos se colocan los pines de su*eción de las %ielas. /l cam%io de pines de un 4ueco a otro se llama cam%io de tiro. Pesas o contrapeso+ Se utiliza para %alancear las fuerzas desiguales que se originan so%re el motor durante a las carreras ascendente y descendente del %alancín a fin de reducir la potencia m&ima efectiva y el momento de rotación. /stas pesas generalmente, se colocan en la manivela y en algunas unidades so%re la viga principal, en el e&tremo opuesto el ca%ezote. Prensa estopa+ 3onsiste en una cmara cilíndrica que contienen los elementos de empaque que se a*ustan a la %arra pulida permitiendo sellar el espacio e&istente entre la %arra pulida y la tu%ería de producción, para evitar el derrama de de crudo producido. nidad de %om%eo+ Su función principal es proporcionar el movimiento reciprocante apropiado, con el propósito de accionar la sarta de ca%illa y estas, la %om%a de su%suelo Dediante la acción de correas y engrana*es se logra reducir las velocidades de rotación .
Eui&os a niel de su%suelo
/l equipo de su%suelo es el que constituye la parte fundamental de todo el sistema de %om%eo. La AP 4a certificado las ca%illas, las tu%erías de producción y %om%a de su%suelo. 8u%ería de Producción+ La tu%ería de producción tiene por o%*eto conducir el fluido que se est %om%eando desde el fondo del pozo 4asta la superficie. /n cuanto a la resistencia, generalmente la tu%ería de producción es menos crítica de%ido a que las presiones del pozo se 4an reducido considera%lemente para el momento en que el pozo es condicionado para %om%ear. 3a%illas o @arillas de Succión+ La sarta de ca%illas es el enlace entre la unidad de %om%eo
instalada
en
superficie
y
la
%om%a
de
su%suelo.
Las
principales funciones de las mismas en el sistema de %om%eo mecnico son+ transferir energía, soportar las cargas y accionar la %om%a de su%suelo. Anclas de 8u%ería+ /ste tipo est diseIado para ser utilizados en pozos con el propósito de eliminar el estiramiento y compresión de la tu%ería de producción, lo cual roza la sarta de ca%illas y ocasiona el desgaste de am%os. Eormalmente se utiliza en pozos de alta profundidad. Se instala en la tu%ería de producción, siendo ste el que a%sor%e la carga de la tu%ería. Las guías de ca%illas son acopladas so%re las ca%illas a diferentes profundidades, dependiendo de la curvatura y de las ocurrencias anteriores de un elevado desgaste de tu%ería. 6om%a de Su%suelo+ /s un equipo de desplazamiento positivo (reciprocante), la cual es accionada por la sarta de ca%illas desde la superficie. Los componentes %sicos de la %om%a de su%suelo son simples, pero construidos con gran precisión para asegurar el intercam%io de presión y volumen a travs de sus vlvulas. Los principales componentes son+ el %arril o camisa, pistón o m%olo, o vlvulas con sus asientos y *aulas o retenedores de vlvulas. Pistón+ Su función en el sistema es %om%ear de manera indefinida. /st compuesto %sicamente por anillos sellos especiales y un lu%ricante especial. /l rango de operación se encuentra en los '9 lpc y una temperatura no mayor a los 299M5.
B#$BAS DE SBSEL#
/s el primer elemento que se de%e considerar al diseIar una instalación de %om%eo mecnico para un pozo, ya que del tipo, tamaIo y u%icación de la %om%a depende el resto de los componentes. /s una %om%a de desplazamiento positivo.
TIP#S DE B#$BAS DE SBSEL# 6?D6AS 1/ 86EH (8N)+ Son %om%as resistentes en su construcción y simples en su diseIo. /l %arril se conecta directamente al tu%ing y la sarta de varillas se conecta directamente al pistón. /n la parte inferior del %arril se u%ica un niple de asiento, que alo*ar la vlvula fi*a. na de las posi%ilidades es %a*ar la vlvula fi*a con un pescador acoplado a la parte inferior del pistón, 4asta fi*arla al niple. Luego el pistón se li%era de la vlvula fi*a, rotndolo en sentido contrario a las agu*as del relo*. La %om%a 8N provee el m&imo desplazamiento de fluido para una determinada caIería de producción, el dimetro del pistón es ligeramente menor que el dimetro interno del tu%ing. 1e estructura ro%usta, el %arril de pared gruesa est conectado directamente al tu%ing por un niple. Las varillas se conectan directamente a la *aula superior del pistón, eliminando la necesidad de usar vstago. Las venta*as de esta %om%a la 4acen una de las ms utilizadas por los productores en pozos que no requieren frecuentes intervenciones. 3omo factores limitativos se puede seIalar que+ Para cam%iar el %arril 4ay que sacar todo el tu%ing. Eo es lo ms aconse*a%le para pozos con gas, ya que tiene un gran espacio nocivo de%ido al pescador de la vlvula fi*a, lo que en este caso reduce la eficiencia de la %om%a. Los grandes vol-menes desplazados 4acen que las cargas en las varillas y el equipo de %om%eo sean muy importantes. /stas cargas tam%in provocan grandes estiramientos de tu%ing y varillas con consecuencias en la carrera efectiva de la %om%a.
B#$BAS INSE*TABLES (*+ , *-)+ Su característica principal es que se fi*an al tu%ing mediante un sistema de ancla*e, por lo cual para retirarlas del pozo no es necesario sacar el tu%ing, a4orrando en esta operación, ms del 29 > de tiempo. Para su instalación, se de%e colocar en el tu%ing un elemento de fi*ación denominado niple de asiento. Posteriormente se %a*a la %om%a mediante la sarta de varillas, 4asta que el ancla*e de la %om%a se fi*a al asiento, quedando sta en
condiciones de operar. /l uso ampliamente difundido de estas %om%as 4a llevado al diseIo de una gran variedad de opciones en %om%as inserta%les, entre otras+
B#$BA DE BA**IL $.VIL "#N PA*ED /INA # G*ESA (*-T 0 *+T)1 La particularidad de esta %om%a es que el elemento móvil es el %arril con su vlvula, en lugar del pistón. /n este caso, el pistón est anclado al asiento mediante un tu%o 4ueco denominado tu%o de tiro. Las vlvulas fi*a y móvil estn u%icadas en la parte superior del pistón y del %arril respectivamente. /l movimiento del %arril, en su carrera ascendente y descendente, mantiene la tur%ulencia del fluido 4asta el niple de asiento, imposi%ilitando que la arena se deposite alrededor de la %om%a aprisionndola contra el tu%ing. Al tener la vlvula móvil en la *aula superior del %arril, en caso de pararse el pozo por alguna causa, la vlvula se cerrar impidiendo el asentamiento de la arena dentro de la %om%a, lo cual es de suma importancia ya que sólo una pequeIa cantidad de arena depositada so%re el pistón es suficiente para que ste se aprisione al %arril cuando la %om%a se ponga en marc4a nuevamente. Las siguientes son importantes venta*as de este diseIo+ Las varillas se conectan directamente a la *aula superior del %arril, que es
•
muc4o ms ro%usta que la *aula superior del pistón. Am%as vlvulas tienen *aulas a%iertas que permiten un mayor pasa*e de
•
fluido. •
Por ser una %om%a de ancla*e inferior, las presiones dentro y fuera del %arril son iguales, 4acindola ms resistente al golpe de fluido. Se pueden considerar como limitaciones las siguientes+
•
Eo es aconse*a%le en pozos con %a*o nivel dinmico de%ido a la mayor caída de presión entre el pozo y la cmara de la %om%a, producida por la circulación del fluido en el interior del tu%o de tiro.
•
3omo la vlvula fi*a est en el pistón, es de menor dimensión que la vlvula fi*a de una %om%a de %arril estacionario. Si, de%ido a la profundidad, el peso del fluido es importante puede llegar a pandear el tu%o de tiro.
B#$BA BA**IL DE PA*ED /INA # G*ESA "#N AN"LAJE IN/E*I#* (*-B0*+B)1 /n este tipo de %om%a el ancla*e est colocado por de%a*o de la
vlvula fi*a del %arril, por lo tanto las presiones dentro y fuera del %arril en la carrera descendente son iguales y la profundidad no de%iera ser un inconveniente. na e&cepción es el caso en que, por e&cesiva restricción en la vlvula de entrada (fluido muy viscoso u o%turación parcial de la vlvula), el %arril no se llena completamente durante la carrera ascendente, disminuyendo la presión en el interior del mismo y produciendo la falla por a%olladura o colapso. /s ideal para pozos con nivel dinmico de fluido %a*o, no sólo porque la entrada a la %om%a est muy pró&ima a la vlvula del %arril, sino tam%in porque esta vlvula es mayor que la correspondiente a la
B#$BA BA**IL DE PA*ED /INA # G*ESA "#N AN"LAJE SPE*I#* (*-A0*+A)1 Las %om%as de ancla*e superior son e&tensamente usadas en el %om%eo de fluidos con arena. Por su diseIo, la descarga de fluido de la %om%a se produce prcticamente a la altura del ancla*e evitando el depósito de arena so%re el mismo y por lo tanto el aprisionamiento de la %om%a. 1e%e prestarse especial atención en las instalaciones profundas, so%re todo en el caso de %arriles de pared fina, ya que la presión interior durante la carrera descendente es a menudo muy superior a la e&terior creando riesgo de reventón del %arril. /n esta %reve descripción de equipos, venta*as y limitaciones de los mismos y variedad de aplicaciones, se puede apreciar que la tarea de seleccionar la %om%a ms adecuada puede resultar %astante comple*a.
Es&ecificaciones de las %om%as de su%suelo
"a%illas Ti&os de ca%illas 3a%illas api o convencionales+ /&isten tres tipos de ca%illas AP de acuerdo al material de su fa%ricante 3., 1, . Las longitudes de las ca%illas pueden ser de 2 o 9 pies, utilizando niples de ca%illas (tramos de ca%illas de menor longitud), en los casos que ameriten para o%tener la profundidad de asentamiento de la %om%a, otros elementos adicionales de la sarta de ca%illa s podrían ser una %arra (Siner 6ar), diseIado para adicionar peso al colocar en la parte inferior de la %arras de peso es de ' Q a pulgadas. /n pozos productores de crudo pesadoG donde se crea una especie de colc4ón que aumenta el efecto de flotación de las ca%illas durante su carrera descendiente, dificultando el desplazamiento del pistón dentro del %arril de la %om%a 9, con una consecuente disminución de la eficiencia volumtrica de la %om%a, es venta*oso utilizar %arra de peso en la sarta de ca%illas, ya que facilita el desplazamiento de crudo viscoso al mantener tensión en la sarta de ca%illas. 3a%illas no api o continuas+ Son aquellas ca%illas que no cumplen con las normas AP, ellas sonG /lectra, continuas, fi%ra de vidrio dentro de las cuales las ms usadas son las ca%illas continuas, su elongación es .B veces mayor que las ca%illas de acero para la igual carga y dimetro.
Venta!as
•
a) La ausencia de cuellos y uniones elimina la posi%ilidad de fallas por descone&ión.
•
%) La falta de uniones y protu%erancias elimina la concentración de esfuerzos en un solo punto y consiguiente desgaste de la unión y de la tu%ería de producción.
•
c) Por carecer de uniones y cuellos, no se presentan los efectos de flota%ilidad de ca%illas.
Desenta!as •
a) Presentan mayores costos por pies que las ca%illas convencionales.
•
%) /n pozos completados con ca%illas continuas y %om%a de tu%ería, la reparación de la misma requiere de la entrada de una ca%ria convencional
Es&ecificaciones de las "a%illas •
Se
fa%rican
en
longitudes
de
2
pies, aunque
tam%in
pueden
manufacturarse de 9 pies. •
Se dispone de longitudes de ', , , 0, K, B, '9 y ' pies denominados por lo general niples de ca%illaJ que se utilizan para complementar una longitud determinada y para mover la localización de los cuellos de ca%illas, a fin de distri%uir el desgaste de la tu%ería de producción.
•
Se fa%rican en dimetros de 2FB, F0, =FB, ', '#'FB de pulgadas
Dia'rama de Goodman /l sistema de %om%eo mecnico (sucer rod pumping) requiere de varillas de %om%eo para poder transmitir el movimiento alternativo desde la superficie al pistón de la %om%a. 1urante este proceso alternativo, las varillas de %om%eo estn sometidas a cargas m&imas y mínimas, pasando por estados intermedios. /ste sometimiento a cargas cíclicas tiende a llevar al material a la fatiga del mismo, lo que entre otras cosas provocar una modificación en su límite m&imo en lo que respecta a la tensión m&ima admisi%le (ya no regir la tensión admisi%le en condiciones estticas).
Si %ien no e&iste una relación que nos permita conocer el comportamiento en fatiga de un acero con datos estticos, se 4an logrado %uenas apro&imaciones. Hoodman recopiló y generalizó los ensayos de OR4ler y los resumió en un diagrama, el 1iagrama de Hoodman que esta%lece la zona de tra%a*o segura para cada material y para un n-mero dado de ciclos. A continuación se presenta una planilla de clculo que permite calcular y graficar las tensiones mínimas, m&imas y las admisi%les para distintos tramos de varillas de %om%eo, %asado en el 1iagrama de Hoodman modificado por el AP.
NIDADES DE SPE*/I"IE •
nidad de %om%eo 4idrulico (6N) /l motor mueve una %om%a 4idrulica, para que mediante el sistema 4idrulico se muevan en forma reciprocante unos cilindros (gatos 4idrulicos).
•
nidad de %alancín (%im%a) /n una 6D6A el motor mediante la reducción de engranes 4ace girar las manivelas y que a su vez mueven el %alancín.
•
1inmica de %alanceo /l peso de la sarta de varillas, la sarta y la columna de fluidos desequili%ran la fuerza necesaria para el movimiento reciprocante, es decir, se requiere muc4a fuerza para levantar el apare*o, y solo de la gravedad para %a*arlo. Para disminuir este esfuerzo el peso del apare*o se equili%ra o %alancea con masas de acero (contrapesos), en el caso de las 6D6A y de la 6N, con la fuerza que proporciona el nitrógeno a presión. na vez %alanceado, solo es necesaria poca fuerza para su%ir y %a*ar la %om%a en el fondo, esto reduce por muc4o el consumo de energía necesaria.
TIP#S DE BALAN"IN2 nidad "onencional /s el ms antiguo y usado en la industria. Las unidades convencionales %asan su geometría en un sistema de palanca 3LAS/ , es decir, con un punto de apoyo en medio de la viga %alancín. La rotación de la manivela puede ser en am%as direcciones.
Venta!as
•
a) 6a*o costo de mantenimiento.
•
%) 3ostos menores que otro tipo de unidades.
•
c) Puede girar en sentido de las agu*as del relo* y de forma contraria.
•
d) Puede %om%ear ms rpido que la Dar sin pro%lemas.
•
e)
Desenta!as •
a) Para muc4as aplicaciones, no es tan eficiente como la Dar .
•
%) Puede requerir una ca*a de velocidades mayor que otro tipo de unidades (especialmente con varillas de acero).
nidad $ar3 II Las unidades Dar %asan su geometría tres ciertas características, las cuales reducen el torque y la carga con respecto a una unidad convencional. /stas son+ •
La u%icación de la ca*a reductora.
•
n punto de apoyo en el e&tremo de la unidad.
•
na manivela desfasada. Adicionalmente los costos del tamaIo de motor y electricidad pueden ser reducidos. @enta*as
•
a) 8iene %a*o torque en muc4os casos (con varillas de acero)
•
%) Puede %a*ar entre 2 y '9> los costos, comparada con el siguiente tamaIo de la unidad convencional.
Desenta!as •
a) /n muc4as aplicaciones no puede %om%ear tan rpido como la convencional.
•
%) Puede girar solamente en sentido contrario a las agu*as del relo*.
•
c) Puede causar mas daIo a las varillas y %om%a en caso de fluido pesado.
•
nidad 6alanceada por Aire La utilización de aire comprimido en vez de pesadas manivelas y contrapeso, el sistema de aire 4a sido tan simplificado que las -nicas partes de funcionamiento
continuo son el cilindro y el pistón equili%rio. 3omo resultado el tamaIo de la unidad es considera%lemente ms pequeIo, minimizando los costos de traslado y monta*e.
Venta!as a) /s ms compacta y fcil de %alancear que las otras unidades. %) Los costos de envío son ms %a*os que otras unidades (de%ido a que pesa menos). c) Puede rotar tanto en sentido 4orario como anti4orario.
Desenta!as a) Son ms complicadas y requieren mayor mantenimiento (compresor de aire, cilindro de aire). %) La condensación del aire en el cilindro puede constituir un serio pro%lema. c) La ca*a de engrana*e podría daIarse si el cilindro pierde la presión del aire.
nidad *eerse $ar3 II /sta unidad ofrece una alternativa me*orada al diseIo y geometría de las unidades convencionales. A pesar de las similitudes en la apariencia, la geometría de las unidades
nidad de Bom%eo "4urc4ill 1isponi%les -nicamente por el fa%ricante Lufin, estas ofrecen la misma dureza y resistencia que las unidades convencionales. Nan sido utilizadas regularmente en pozos poco profundos.
nidades de Bom%eo de Ba!o Perfil nidades de %om%eo compactas diseIadas para la instalación en campos de irrigación con sistemas de aspersores móviles o en areas ur%anas donde las características del %a*o perfil serian deseadas.
nidades de Bom%eo *otafle5 tiliza tecnología pro%ada en innovación en el diseIo para proveer una eficiencia e&celente y eficacia en los costos para pozos profundos, pro%lemticos y de alto potencial.
/l
"aracter6sticas &ara reducir si'nificatiamente los costos de leantamiento con dise7os de carreras lar'as1 Dane*o eficiente de altos vol-menes, mayores cargas y desviación de
•
pozos.
•
-til. •
•
Denos ciclos. Aumento en la eficiencia del sistema.
•
5cil de instalar y 4acer servicio.
•
8orques menores, lo que se traduce en menores requerimientos de energía.
•
•
Proporciona una me*or razón de compresión a la %om%a lo que minimiza pro%lemas de %loqueo por gas.
•
5acilidad para %alancearlo ya que esta operación consiste simplemente en quitar o agregar %loques a la ca*a de contrapeso.
•
nidad de 6om%eo 1ynapump /s un sistema de unidad de %om%eo computarizado. tiliza sensores electrónicos, equipamiento 4idrulico y sistemas de monitoreo computarizado con el propósito de e&traer petróleo lo mas eficientemente posi%le para pozos profundos como para pozos someros. /l 1ynapump consiste en dos componentes principales, que son la unidad de %om%eo y la unidad de potencia. La unidad de potencia mane*a la unidad de %om%eo
y
es
el
control
central
del
sistema.
/ste
consiste
en
una computadora controlada con un sistema de modem radio, electrónica solida, controladores de motor y %om%as 4idrulicas.
$otores La función del motor es suministrar la energía que el sistema de %om%eo necesita para moverse. La potencia del motor depende de la profundidad de la %om%a, nivel del fluido, de la velocidad de %om%eo y del %alanceo de la unidad y dems características propias del pozo, normalmente se usan dos tipos de motores, unos elctricos y otros de com%ustión interna podemos definirlo de la siguiente manera. n motor elctrico es una mquina elctrica que transforma energía elctrica en energía mecnica por medio de campos electromagnticos varia%les. Algunos de los motores elctricos son reversi%les, pueden transformar energía mecnica en energía elctrica funcionando como generadores n motor de com%ustión interna, es un tipo de mquina que o%tiene energía mecnica directamente de la energía química de un com%usti%le que arde dentro de una cmara de com%ustión. Su nom%re se de%e a que dic4a com%ustión se produce dentro de la mquina en sí misma, a diferencia de, por e*emplo, la mquina de vapor.
"artas dina'r8ficas La producción petrolera requiere cada día instrumentos de anlisis muy sofisticados que le permitan mantener su ritmo y sus costos. na de las 4erramientas ms usadas en el diagnóstico operacional de pozos de %om%eo mecnico es el de las 3artas 1inagrficas de 5ondo. /stas cartas son curvas de esfuerzo versus desplazamiento de la ca%illa de la %om%a pero calculadas en el fondo del pozo a partir de datos tomados en la superficie. Para este clculo uno de los mtodos ms usados es el de la solución de la ecuación de onda de la ca%illa, mtodo desarrollado por Hi%%s en los aIos sesenta.
La
acertada identificación
de
pro%lemas de
fondo
es
en el
%om%eo
esencial
mecnico para
lograr
una
producción óptima y reducir los costos de operación y mantenimiento. /s necesario desarrollar y aplicar metodologías que permitan identificar de forma rpida pro%lemas
que
puedan
afectar
la
operación.
La
condición
mecnica
y desempeIo del equipo de fondo (sarta de varillas, %om%a, vlvulas, entre otros componentes) y las propiedades físicas del pozo, como interferencia de gas y fugas en las %om%as, pueden ser evaluadas utilizando cartas dinagrficas. Se presenta una metodología de anlisis de fallas y condiciones de operación del sistema de %om%eo, que incluye el desarrollo de un soft"are de anlisis %asado en redes neuronales para identificar pro%lemas en el sistema usando dinagramas de fondo. /l sistema desarrollado permitió identificar un con*unto de los pro%lemas ms comunes con una alta precisión y es una 4erramienta que podría asistir a ingenieros y personal de operaciones en los tra%a*os diarios en sistemas de %om%eo mecnico. Adicionalmente, fue desarrollada una funcionalidad %sica para identificar las cartas ms cercanas de acuerdo a características estadísticas y geomtricas, la cual puede ser usada como punto de partida para desarrollar un sistema inteligente para predecir potenciales fallas a futuro.
L1/Soft, S.A., con*untamente con P
Dise7o de una com&etición de &o9o con %om%eo mec8nico /ste sistema de levantamiento artificial es el ms antiguo y el ms utilizado en el mundo, de%ido principalmente a los %a*os costos operativos, facilidad operativa y %a*os riesgos de derrame por ser una operación a %a*a presión. /l sistema es accionado por un motor a diesel o elctrico, que alimenta la potencia necesaria por movimiento rotacional. La unidad de transmisión transfiere la energía suministrada por el motor a travs de correas y engrana*es al %alancín, el cual transforma dic4a energía en movimiento armónico simple. /ste movimiento es transferido desde el %alancín a la %arra pulida y de sta a la sarta de varillas quien a su vez acciona la
%om%a de su%suelo y finalmente por diferencia de nivel desplaza el fluido por la tu%ería de producción 4acía la superficie. /l %om%eo mecnico generalmente consiste en el %alancín, el ca%ezal del pozo, el vstago pulido, las ca%illas, el cuello de las ca%illas y la %om%a mecnica. /l sistema de %om%eo mecnico est constituido principalmente por+
E:IP# DE SPE*/I"IE •
nidad de %om%eo (6alancín)
•
Dotor de la unidad
•
3a%ezal del pozo
•
6arra pulida
E:IP# DE SBSEL# •
8u%ería
de
producción •
Sarta de varillas
•
6om%a de su%suelo
•
Ancla de gas
•
Ancla de tu%ería 3ompletación de pozos con %om%eo mecnico
Sarta de velocidad na sarta de tu%ería de dimetro pequeIo corrida en el interior de la tu%ería de producción de un pozo como tratamiento de remediación para resolver los pro%lemas de carga de fluidos. A medida que se agota la presión de yacimiento de un pozo de gas, puede suceder que la velocidad sea insuficiente para transportar todos los fluidos del pozo. 3on el tiempo, estos fluidos se acumulan y deterioran la producción. La instalación de una sarta de velocidad reduce el rea de flu*o e incrementa la velocidad de flu*o para permitir el transporte de los fluidos desde el pozo. Las sartas de velocidad se corren generalmente utilizando tu%ería fle&i%le como conducto de sarta de velocidad. /l tra%a*o seguro en un pozo activo y la movilización rpida permiten que las sartas de velocidad con tu%ería fle&i%le constituyan
una
económicamente para
la
carga
los pozos de gas.
solución efectiva
de
fluidos
en
