Exposicin Levantamiento Artificial I
INTRODUCCINUn sistema de levantamiento artificial (SLA), es un
mecanismo externo a la formacin productora que se encarga de
levantar crudo desde la formacin a un determinado caudal, cuando la
energa del pozo es insuficiente para producirlo a flujo natural o
bien cuando la tasa de produccin es inferior a la deseada. Los
sistemas de levantamiento artificial son el primer elemento al cual
se recurre cuando se desea incrementar la produccin en un campo, ya
sea para reactivar pozos que no fluyen o para aumentar la tasa de
flujo en pozos activos. 2. TIPOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL De
forma general, los mtodos de levantamiento artificial pueden ser
clasificados en las siguientes dos categoras: Mtodos que modifican
propiedades fsicas de los fluidos del pozo (Por ejemplo reduccin de
densidad). Mtodos que aplican la accin de una bomba para
suministrar energa externa al sistema. Cada sistema de
levantamiento tiene un principio de funcionamiento diferente, y por
lo tanto una serie de caractersticas y rangos de operacin propios,
los cuales, deben ser debidamente identificados como una base
previa para la correcta seleccin del sistema de levantamiento ms
adecuado para determinado proyecto. 2.1. LEVANTAMIENTO ARTIFICIALES
CONVENCIONALES * DEFINICION. Son aquellos que poseen una aplicacin
comn en la industria petrolera, ya que son los ms utilizados en la
produccin de crudo actualmente.Los sistemas de levantamiento tambin
pueden ser clasificados como convencionales como Gas Lift, Bombeo
Mecnico, Bombeo Electro sumergible (ESP), Bombeo por cavidades
progresivas (PCP), y Bombeo Hidrulico, y no convencionales, como el
Plunger Lift, Chamber Lift, RECOIL, y sistemas
combinados.*CARACTERSTICAS GENERALES.EL mtodo de levantamiento
artificial ms utilizado es el bombeo mecnico. Si bien las bombas de
varillas son fciles de operar, y en general tienen un costo
inferior al de otros mtodos de levantamiento, resultan menos
eficaces y poseen menor capacidad de bombeo que otros mtodos,
especialmente en pozos que producen con altas relaciones
gas-lquido, a travs de tubera de produccin pequea o dese grandes
profundidades.Otro de los mtodos de levantamiento artificial es el
mtodo que utiliza bombas de cavidad progresiva (PCP, por sus siglas
en ingles). Comparadas con otros mtodos de bombeo, las PCPs
resultan menos costosas, ms confiables, son menos afectadas por los
slidos producidos, arena de formacin y depsitos de incrustaciones y
demuestran ser ms eficientes, en lo que respecta a volumen, que las
bombas de varillas.Cuando se cuenta con un suministro de gas
natural y un sistema de compresin, se selecciona normalmente el
mtodo de levantamiento artificial por gas por su flexibilidad y
adaptabilidad y por la facilidad de reemplazo del equipo asociado
utilizando lneas de acero, los sistemas de levantamiento artificial
por gas son resistentes a los slidos producidos y resultan ideales
para pozos con alta relacin gas/petrleo (RGP) Y pozos de gran
inclinacin. No obstante. Los beneficios de este mtodo se reducen a
medida que a las presiones del yacimiento se aproximan a los
niveles de abandono, generando a veces la necesidad de emplear un
mtodo de levantamiento artificial diferente durante las ltimas
etapas de produccin de los campos petroleros.
ILUSTRACIN 1: USO DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL ALREDEDOR DEL
MUNDODespliegue de mtodos de levantamiento artificial en todo el
mundo. Las bombas de varillas representa sin dudas el mtodo de
levantamiento artificial ms comn utilizado en la actualidad, bajo
el impulso de la gran cantidad de pozos situados en los campos
marginales de Amrica del Norte.Los sistemas de bombeo elctrico
sumergible son desplegados en un 60% de los pozos que requieren
mtodos de levantamiento artificial diferentes al bombeo mecnico.
Rusia actualmente utiliza ms BES que cualquier otro pas. No
obstante, a medida que maduren los campos petroleros de todo el
mundo, se espera un crecimiento significativo del empleo de los
sistemas BES, dado su gran versatilidad y sus mayores capacidades
volumtricas.
BOMBEO MECNICO (BM) Es el mtodo de levantamiento artificial ms
usado a nivel mundial en la actualidad debido a su practicidad,
facilidad de operacin, optimizacin y workover. Caractersticas:
Varias alternativas para la fuente de poder. Confiabilidad y bajo
mantenimiento, altas temperaturas. Alto valor residual del equipo
en superficie. Facilidad para ajustar la tasa en superficie.
Operacin, anlisis sencillos y fcil reparacin tcnica
BOMBEO ELECTRO SUMERGIBLE (BES) Se considera un mtodo de
levantamiento artificial que utiliza una bomba centrfuga ubicada en
el subsuelo para levantar fluidos aportados por el yacimiento desde
el fondo del pozo hasta la estacin de flujo Caractersticas: Permite
levantar volmenes extremadamente altos sin dificultad y a bajos
costos. Elevado aporte de energa al fluido Presenta alta eficiencia
(70%) El sistema no se ve afectado por la desviacin del pozo Buena
recoleccin de datos e informacin relacionada Tasas de produccin
elevada Sistema fcil de controlar No ocupa grandes espacios en
superficie, aplicable en plataformas costa afuera
GAS LIFT Completa el proceso de flujo natural al aadir gas al
fluido de perforacin, reduciendo la densidad del fluido, y por lo
tanto la cabeza hidrosttica de la columna a levantar.Normalmente se
emplea un sistema cclico cerrado en el que el gas del separador es
sacado, re comprimiendo y regresa al pozo Caractersticas: Sistema
seguro de operar. Fcil de obtener presiones y gradientes en
profundidad. Muy flexible, se puede convertir de flujo continuo a
intermitente. Relativamente insensible a la corrosin. Requiere de
poco espacio en la superficie. Presenta alta tolerancia a los
slidos. No es problema en pozos con empuje a gas.
CAVIDADES PROGRESIVAS Este mtodo consiste en el desplazamiento
positivo de un volumen, ocasionado por una diferencia de presin
producto de la transformacin de la energa cintica en potencial
cuando se combina el movimiento longitudinal a lo largo del
mismo.Caractersticas: Alta tolerancia a la produccin de slidos.
Buena energa energtica. Bajos costos capitales y de operacin. Buen
manejo de fluidos viscosos. Bajo perfil en superficie. Fcil
instalacin a largo plazo. Instalacin sencilla y operacin
silenciosa.
BOMBEO HIDRAULICO (BH) Su potencia es transmitida durante un
fluido presurizado que es inyectado a travs de la tubera, conocido
como fluido de potencia, acta como un transformador para convertir
la energa del fluido a energa potencial.Los fluidos de potencia ms
utilizados son agua y crudos livianos que pueden provenir del mismo
pozo. No necesita de taladro para remover el equipo el subsuelo
Puede ser utilizados en pozos desviados, direccionales y sitios
inalcanzables Pueden manejar bajas concentraciones de arena Su
flexibilidad es buena a excelente *TIPOS DE LEVANTAMIENTOS
ARTIFICIALES CONVENCIONALES. GAS LIFTLos dos sistemas bsicos de
levantamiento con gas lift son levantamiento continuo y
levantamiento intermitente.El principio de operacin de
levantamiento continuo es la inyeccin de gas a travs de la ms
profunda de una serie de vlvulas GLVs (Gas lift Valve) ubicadas a
lo largo de una tubera de produccin; el efecto de este gas
inyectado es el de disminuir la densidad de los fluidos producidos
permitindole llegar hasta superficie con la tasa de produccin
deseada. Este sistema es una prolongacin del flujo natural del
pozo.Como su nombre lo indica en el levantamiento intermitente la
inyeccin ocurre durante un cierto intervalo de tiempo y despus se
detiene. Despus de que cierto periodo de tiempo ha transcurrido se
repite la inyeccin y comienza de nuevo el ciclo.Un esquema tpico de
gas lift puede ser observado en la figura.El gas de levantamiento
es bombeado generalmente por el anular del pozo e inyectado en el
tubing a travs de una vlvula de gas lift (Gas lift valve, GLV). En
algunos diseos de pozo, el gas es suministrado a travs del tubing,
recuperando la produccin a travs del anular o bien de un segundo
tubing el cual puede ser concntrico o paralelo al tubing de
suministro.
ILUSTRACIN 2: ESQUEMA TPICO DE GAS LIFT
Con el fin de alcanzar la mxima reduccin de cabeza hidrosttica,
el punto de inyeccin de gas debe estar ubicado a la mayor
profundidad disponible. Una excepcin para esta regla est en los
casos en los que la presin de tubera de produccin excede la presin
de saturacin del gas bajo condiciones de circulacin. En estos casos
el gas inyectado se disolvera en el lquido producido, y de esta
forma, perdera su habilidad para reducir la densidad de la columna
de fluidoEn pozos con bajo ndice de productividad, el gas lift
continuo no puede ser implementado ya que la afluencia del pozo se
dificulta debido a la presin de operacin del sistema. En estos
casos el levantamiento intermitente puede ser ms eficiente. El
levantamiento intermitente opera cerrando el suministro de gas para
permitirle al pozo fluir hacia el cabezal de produccin. Solamente
cuando ha entrado suficiente lquido en la tubera, se abre el
suministro de gas y se produce un bache de lquido. Esto puede ser
mucho ms eficiente bajo estas condiciones de pozo que el gas lift
continuo.
BOMBEO MECANICOEl levantamiento por bombeo mecnico es el sistema
ms empleado en el mundo. Este sistema consiste en el levantamiento
del fluido a travs de una sarta de varillas las cuales son movidas
por la transmisin de potencia de una bomba reciprocante con dos
vlvulas cheque (una viajera y la otra estacionaria).Bsicamente, el
equipo de levantamiento artificial para bombeo mecnico consta de
los siguientes componentes:El levantamiento del crudo se realiza
mediante la accin de las bombas de subsuelo, las cuales son
accionadas por la sarta de varillas que les transmiten la potencia
requerida, generada en superficie. Estas bombas consisten
esencialmente de un pistn dentro de un barril con vlvulas de
entrada y salida de fluido, y pueden ser de accin simple o de accin
doble. Las bombas de accin simple son usadas generalmente en
combinacin con sistemas de empuje mecnico, mientras que las de
accin doble se emplean con mayor frecuencia con sistemas de empuje
hidrulico.
ILUSTRACIN 3: . ESQUEMA TPICO BOMBEO MECNICO
BOMBEO ELECTROSUMERGIBLEEl principio de este sistema de bombeo
es la operacin basada en la operacin continua de una bomba
centrifuga multietapa cuyos requerimientos de potencia son
suministrados por un motor elctrico de induccin, alimentado desde
la superficie a travs de un cable de potencia por una fuente de
tensin primaria. Una vez se transforma la tensin primaria la energa
requerida es transmitida a travs del cable de potencia hasta el
motor de subsuelo desde el transformador. El motor genera la fuerza
para que transmita a la bomba, compuesta por etapas cada una de las
cuales consta de un impulsor que rota y difusor estacionario los
cuales imparten un movimiento rotacional al lquido para llevarlo
hasta superficie.
ILUSTRACIN 4: ESQUEMA TPICO BOMBEO ELECTROSUMERGIBLEBOMBEO POR
CAVIDADES PROGRESIVASSu operacin est basada en la accin continua de
una bomba de cavidades progresivas estilo tornillo sin fin, cuyos
requerimientos de potencia son suministrados por un motor elctrico
de superficie o subsuelo. Cuando el motor est ubicado en la
superficie la transmisin de energa a la bomba se da a travs de un
eje y/o varillas que comunican el motor y la bomba desde la
superficie hasta el subsuelo. Pero cuando el motor esta en el
fondo, se lleva un cable desde superficie el cual les proporcionara
la energa al motor para que opere y mueva la bomba.
ILUSTRACIN 5: CONFIGURACIN INTERNA DE UNA BOMBA DE CAVIDADES
PROGRESIVAS
La bomba est compuesta por un rotor (tornillo sin fin) y un
estator (camisa). El rotor gira dentro del estator formando
cavidades que progresan desde el extremo de succin hasta el extremo
de descarga de la bomba que, ayudado por el sello continuo entre
las hlices del rotor y el estator mantienen el fluido en movimiento
permanente, a una velocidad fija directamente proporcional a la
velocidad de rotacin de la bomba.BOMBEO HIDRULICOEl bombeo
hidrulico genera y transmite energa mediante el Fluido Motriz,
grfico 3.5, para llevar los fluidos del yacimiento a superficie, el
cual es inyectado a presin al pozo por una unidad de potencia, el
fluido motriz puede ser petrleo producido o agua tratada. En
cualquier caso han sido sometidos a un proceso natural de separacin
de gas, agua y sedimentos y sujetos a un perodo de asentamiento y
limpieza mediante almacenamiento, productos qumicos, filtros, etc.
El tratamiento se efecta en un sistema de tanques diseados para el
efecto. De estos tanques se enva el fluido motriz a la succin de
las bombas reciprocantes, que normalmente son del tipo triplex
verticales y cuya caracterstica principal es proporcionar un
volumen reducido, pero a una presin considerable. La bomba inyecta
a presin el fluido motriz hacia el cabezal de distribucin, donde se
regula en funcin del volumen o de la presin requerida en cada pozo.
Ya en el pozo, el petrleo pasa a travs de una vlvula de cuatro vas
que permite controlar la direccin del flujo; el fluido motriz
circula hacia abajo haciendo operar la unidad de bombeo y retorna a
la superficie ya sea mezclado con el petrleo producido, si se trata
de un circuito abierto, o bien a travs de una tubera adicional en
el caso de un circuito cerrado.
ILUSTRACIN 6: SISTEMA DE BOMBEO HIDRULICO
Al mencionar los sistemas de inyeccin del fluido motriz, se ha
mencionado dos formas de inyeccin: una en un circuito abierto y
otra en un circuito cerrado. Ambos sistemas son iguales en el
manejo del fluido motriz desde los tanques de almacenamiento hasta
la unidad de bombeo, pero difieren en la forma en que el fluido
motriz retorna a la superficie despus de haber operado la unidad,
grfico 3.6.CIRCUITO ABIERTOLa aplicacin de este sistema es la ms
sencilla y econmica. En este sistema, el fluido motriz retorna a la
superficie mezclado con el petrleo producido, ya sea por la tubera
de descarga o por el espacio anular de las tuberas de
revestimiento, produccin o inyeccin, dependiendo del equipo de
fondo que se tenga. CIRCUITO CERRADOEste sistema es el mtodo ms
completo que existe en la actualidad. En el cual, el fluido motriz
retorna a la superficie, independientemente del petrleo producido,
fluyendo nuevamente hasta el tanque almacenador y formando un
circuito cerrado. Esto se logra por medio de una tubera adicional
que va alojada en un dispositivo mecnico llamado Cmara de Fondo,
instalado en el fondo del pozo.
ILUSTRACIN 7: SISTEMAS DE OPERACIN
Los sistemas de bombeo hidrulico se dividen en dos clases de
acuerdo al tipo de bomba de subsuelo: tipo pistn y tipo jet.
*APLICACIN. BOMBEO MECNICO Aplicaciones:1. Cuando la tasa de
produccin se encuentra entre 200 y 2000 BPD 1. Se lo puede aplicar
a una profundidad no mayor a 9000 ft1. Se lo utiliza solo en pozos
verticales (no en pozos desviados)1. No debe existir presencia de
arenas1. Aplicable en pozos que no excedan una temperatura de
500FBOMBEO ELECTRO SUMERGIBLE (BES)Aplicaciones:1. Apto para pozos
verticales y desviados1. No es peligroso en reas urbanas1.
Presencia de gas: saturacin de gas libre