BCP Pozos Desviados
BCP Pozos Desviados
BCP Pozos Desviados
Estimaciones recientes
arrojan que cerca del 50% de los hidrocarburos en el mundo
tienen una densidad menor a 20 API, lo que indica que las mayores reservas de
hidrocarburos son de aceites pesados.
A principios de los aos 80s*, del siglo pasado, se introdujo el Sistema BCP como una
alternativa para explotar aceites pesados; los resultados demostraron que este sistema
tenia una eficiencia total mayor a la de otros tipos de SAP, en las mismas condiciones
de explotacin. El Sistema BCP ha demostrado tener mayor eficiencia en la produccin
de aceites pesados; sin embargo, el poco conocimiento as como la falta de experiencia
en el manejo de este sistema, hacen que su aplicacin como SAP trascienda lentamente.
*En este trabajo se hacen abreviaciones de las dcadas, haciendo referencia al siglo pasado (siglo XX), a menos que
se especifique lo contrario.
Rotor
fluido
Estator
* Se hace referencia al equipo de bombeo por cavidades progresivas accionado con una sarta de varillas.
OBJETIVOS
Una vez descrito el funcionamiento del bombeo por cavidades progresivas, se analizar
el comportamiento del sistema en un pozo desviado, enfocando el anlisis en los
siguientes puntos:
Impacto que tiene la desviacin del pozo con el desgaste de las varillas que
comunican a la bomba con la superficie, para transmitir el movimiento
rotacional.
Implicaciones o diferencias en la utilizacin de varillas convencionales y varilla
continua.
A partir del anlisis, de los resultados de los puntos anteriores, llegar a una
conclusin sobre que tipo de varilla es ms recomendable utilizar.
Presencia de gas en la admisin de la bomba, en un pozo desviado.
En este estudio, tambin se describirn mtodos para calcular las presiones y gastos
requeridos por la bomba, as como la velocidad, en revoluciones por minuto, para un
gasto dado.
En la Figura 1.1 se muestra una grfica de produccin contra tiempo, se puede observar
la historia de produccin y el pronstico de la misma. En cualquier etapa de la vida
productiva del pozo puede instalarse un SAP, es ms comn su uso cuando la presin
del yacimiento no es suficiente para elevar los fluidos a la superficie. En el esquema, en
la Figura 1.1, se puede notar que en cierto intervalo de tiempo, la produccin en la
superficie es escasa o nula por lo que se puede pensar en implementar un proceso de
recuperacin secundaria y un SAP, para volver a producir o incrementar la produccin.
Pasado
Produccin
Escasa o nula
produccin en superficie
Futuro
(pronstico)
Tiempo
Una adecuada seleccin del SAP implica un bajo costo de produccin en la extraccin
de los hidrocarburos, un punto de partida en algunos procesos de seleccin es revisar la
experiencia actual que se tiene con los diferentes SAP. Por ejemplo, de la experiencia
con la operacin del Sistema de Bombeo Electrocentrfugo (BEC), se sabe que las fallas
en el cable son muy frecuentes debido a las altas temperaturas, por corrosin o por mal
manejo, las fallas en el motor tambin son frecuentes y se deben a altas temperaturas,
corrosin abrasin, altas RGA (eficiencias bajas) y frecuentemente a la liberacin de
gas encerrado en la bomba.
Todos los SAP tienen un lmite econmico, a partir del cual stos dejan de ser rentables
aunque estn produciendo. Esto se debe a que los costos de operacin y mantenimiento
del SAP son mayores que los ingresos generados por la venta de los hidrocarburos
(Figura 1.2).
Pozo fluyente
Inicio del
levantamiento artificial
Produccin
---- Levantamiento
artificial
Lmite
econmico
0
Tiempo
La seleccin del SAP ms apropiado debera empezar cuando los diseos de perforacin
y terminacin del pozo se estn realizando. Los escenarios de la perforacin y la
terminacin tienen un mayor impacto en la determinacin, no solamente sobre el mejor
SAP , sino tambin, sobre la capacidad total del pozo.
existe una diferencia de presin entre la presin de fondo esttica (Pws) y la presin de
fondo fluyendo (Pwf). El valor de esta diferencia (Pws Pwf) hace que los fluidos se
eleven hasta la superficie o que slo alcancen cierta profundidad por debajo de la
superficie, Figura 1.3.
Cuando el rotor gira dentro del estator, se genera una serie de cavidades que se van
desplazando desde el principio hasta el final de la bomba (Figura 1.4). Las cavidades se
llenan del fluido, en la succin, y lo descargan al final de la bomba con una presin
mucho mayor, necesaria para poder elevar los fluidos hasta la superficie, y poder vencer
la contrapresin requerida en la cabeza del pozo, (ver la Figura 1.5).
Rotor
Estator
Fluido
Fluido
El movimiento del rotor es generado por una sarta de varillas (o por una varilla
continua, como se ver en el Captulo 4). La sarta de varillas transmite el movimiento
rotacional al rotor desde un motor ubicado en la superficie, el cual regula la velocidad
de rotacin.
Figura 1.6 El tornillo sin fin, inventado por Arqumedes, es el principio de la BCP.
Tiempo despus, el cientfico Francs Ren Moineau present, a mediados de los aos
30s (del siglo XX), una tesis doctoral que contena el principio de la bomba de
cavidades progresivas.
En la dcada de los aos 50s, la BCP fue utilizada por primera vez en la industria
petrolera en la perforacin de pozos direccionales como una bomba de lodos.
En los aos 70s, este sistema se utiliz por primera vez en la industria petrolera como
un Sistema Artificial de Produccin (SAP). Este mtodo de produccin conoci al
principio un gran auge en pases que disponan de yacimientos importantes de crudo
pesado: Canada, Venezuela, Rusia, China, entre otros. Tambin se revel muy eficaz
para la produccin de crudos ligeros y abrasivos y hoy da es capaz de proporcionar
gastos importantes de lquidos.
1.4 RECOMENDACIONES
Y
COMPARACIONES
PARA LA
SELECCIN DE SISTEMAS ARTIFICIALES DE PRODUCCIN
Un estudio realizado en los Estados Unidos, con cerca de 500,000 pozos, arroj datos
interesantes sobre los SAP ms utilizados. En la Figura 1.7, se muestra una grfica que
representa, en forma aproximada, el porcentaje que corresponde a cada SAP en cuanto a
su utilizacin, se puede observar con claridad que el bombeo por cavidades progresivas
es uno de los sistemas artificiales con menor utilizacin por parte de la industria
petrolera, esto debido a la reciente aparicin del sistema en la industria, lo que deriva en
falta de conocimiento y de experiencia en su operacin.
BNC 10+%
EV<1%
BH <2%
BEC 4+% BCP<1%
BM 85+%
Figura 1.7 Porcentaje de utilizacin, en los Estados Unidos, de diferentes tipos de Sistemas
Artificiales de Produccin. (BNC = Bombeo Neumtico Continuo; EV = mbolo Viajero; BH =
Bombeo Hidraulico; BEC = Bombeo Electrocentrfugo; BCP = Bombeo por Cavidades
Progresivas; BM = Bombeo Mecnico)
Como se observa en la Figura 1.7, cerca del 85% de los pozos utilizan el bombeo
mecnico. El bombeo neumtico, principalmente el continuo, viene en segundo lugar
con menos del 10% de uso. El sistema de bombeo electrocentrfugo es usado solo por el
4% de los pozos. Los otros sistemas artificiales de produccin (bombeo hidrulico,
mbolo viajero y el bombeo por cavidades progresivas), representan menos del 5% del
uso total.
bombeo electrocentrfugo y menos del 10%, bombeo hidrulico. El resto de los SAP,
slo los utilizaban menos del 1% del total de los pozos.
Eficiencia (%)
BMBCPBECBHJETBNCBNI
beo
Tipo
N
C
E
C
eo
Hidrau
olo
Viaj
N
I
beo
Mec
Razonab
le a
pobre.
como eficiencia
mxima.
Tpicame
nte con
opera
eficiencias del
20%
Regular:
incrementa
para pozos
requieren
poca
inyeccin
de Baja
gas.
para
pozos
que
requieren
alta
RGL.
Las
eficiencia
s
comunes
estn
en
un
rango
del
5%
al
30%.
La
ms es
comn
del
20%.
Buena para
pozos con
alta
reduce para
producciones
menores a
1000BFPD.
La
eficiencia
total
del
sistema,
comnmente,
es 50% para
del
altos de
ritmos
produccin,
pero;
para
producciones
menores
a
1000BPD, la
eficiencia es
Bueno a
regular:
no es igual
Bombeo
Mecnico
debido a
la
RGL,
yfriccin
desgaste
la
bomba.
El
rango
de
eficiencias
va 30 al
del
40%
con
RGL>100;
pueden
ser altas
ms
con
bajas
RGL.
Excele
nte
para
No
requiere
energ
a
extern
a ya
que
utiliza
la
energ
del
yacimient
o.
Buena
inclus
o
cuand
o se
agrega
n
peque
as
cantidade
s gas.
de
Pobre,
normalm
ente
volumen
altogas
de
inyectado.
Su
eficiencia
tpica de
levantamient
o, del 5%
es
al .
10%
Excelente
eficiencia
total del
Eficiencia
de
bombeo
tpicamente
va 50 al
del
60%,. si
Estable
el no
pozo
es
sobre
explotad
o
Cavida
des
Progresi
Excelente:
puede
exceder la
del
bombeo
mecnico.
Este sistema
a
reportado
eficiencias
delal 70%
50
.
menor al
40%.
Costo
s de
operac
in
Confiabi
li dad
con el
Bombeo
Mecnico.
Los costos
se
incrementan
conforme
incrementa
la potencia.
Altos costos
de energa
debido a los
requerimientos
de potencia.
Bajos costos
de
mantenimiento
de la bomba si
se selecciona
el tamao
apropiado de
la boquilla y la
garganta.
Buena con un
adecuado
tamao de la
garganta y la
boquilla de la
bomba para
las
condiciones
de operacin.
Problemas con
presiones
mayores a
4,000 psi.
Restriccio
nes con el
tamao
del casing
Si el dimetro
del casing es
pequeo, a
menudo limita
el ritmo de
produccin
debido a altas
prdidas por
friccin. Un
Casing grande
puede ser
requerido si se
trabaja con
doble sarta.
Capaci
dad de
succi
n
Pobre a
regular; se
necesitan
presiones de
succin
mayores a 350
lb/pg2 para
profundidades
de 1,500m,
con baja RGL.
Comnment
e se disea
con un 25%
de
sumergencia
.
B
N
C
B
E
C
El costo del
equipo de
fondo es
bajo, pero;
los costos
de las
lneas y la
compresin
son altos.
Un sistema
de
compresin
central,
Los costos
en el pozo
son bajos.
Los costos
de
compresin
varan
dependiend
o de los
costos del
combustible
y del
mantenimie
nto.
Excelente si
el sistema
de
compresin
es diseado
adecuadame
nte, adems
de darle un
adecuado
mantenimie
nto.
Relativam
ente bajo
si se tiene
disponible
la energa
elctrica
comercial.
Los costos
se
incrementa
n
conforme
se
Depende: Si
la potencia
es alta, los
costos de
energa son
altos. Su
corta vida
de
funcionamie
nto
, incrementa
los costos.
Los costos
de
Depende:
excelente
para casos
ideales.
Escasa por
problemas
de zonas.
Demasiado
sensible a
las
temperatura
s de
operacin y
a las fallas
El tamao
del casing
limitar el
tamao del
motor de
fondo y de
la bomba.
Evitar
tamaos
del casing
de
4.5 pg o
menores.
Se reduce
el
rendimiento
en casing
Regular: si
hay poco
gas libre,
es decir;
presiones
de succin
mayores a
250 lb/pg2.
pobre si la
bomba
debe
manejar
ms del
5% de gas
libre.
El uso de
casing de
4.5 y
5.5 pg con
2pg de TP
nominal
normalment
e est
limitado a
gastos
menores a
1000 B/D.
Para gastos
mayores a
5000 B/D,
es necesario
utilizar un
Pobre:
restringido
por el
gradiente de
presin del
gas de
inyeccin.
Tpicament
e un gasto
moderado
es limitado
por
100lb/pg2
por cada
300m de
profundidad
de
inyeccin.
Asi la
Bomb
eo
Hidrau
Frecuentem
lico
ente se
compara
con el
Bombeo
Mecnico.
Para
mltiples
pozos,
sistemas
centrales
reducen los
costos por
Frecuentem
ente ms
alto que el
Bombeo
Mecnico.
Su corta
duracin de
vida,
incrementa
los costos
totales de
operacin.
Buena con
un correcto
diseo y
operacin
del sistema.
Problemas
o cambios
en las
condiciones
del pozo,
reducen la
confiabilida
d de la
bomba.
Casing
grande, es
necesario
para
sistemas
paralelos
libres o
cerrados.
Casing
pequeos,
(4.5
y 5.5 pg)
pueden
resultar en
excesivas
prdidas de
presin por
Regular: no
es tan
bueno como
el bombeo
neumtico.
Presiones
de succin
menores a
100lb/pg2,
usualmente
provocan
daos en la
bomba. El
gas libre
reduce la
eficiencia y
el tiempo
de vida de
la bomba.
mb
olo
Viaj
Muy
ero
bajo;
solo si
el
equipo
del
pozo
no
requier
e de un
compre
sor.
B
N
I
Igual
que el
continu
o.
Usualm
ente son
muy
bajos.
Similar
es al
BNC.
Buena
si
la
produc
cin
del
pozo es
estable.
Excelente
si hay un
adecuado
abastecimi
ent o de
gas de
inyeccin
y un
adecuado
volumen
almacenad
o a baja
presin de
gas de
En casing
pequeos(
4.5 y 5.5
pg)
normalme
nte no es
un
problema
para este
sistema
con
produccio
nes
relativame
nte bajas.
Un
casing
pequeo
, es
adecuad
o para
este
sistema
que
levanta
bajos
volmen
es de
aceite.
En el
espacio
anular,
Buena:
con
presione
s en el
fondo
del pozo
menores
a 150
lb/pg2, a
3000m,
con
bajos
gastos
y en
pozos
con
altas
RGL.
Regular
cuando se
usa sin
cmaras
Presin de
succin es
mayor a
250lb/pg2
para
3,000m.
Bueno
cuando se
utiliza con
cmaras.
La presin
de succin
es menor
a
250lb/pg2 ,
Bom
beo
Mec
Bajo
a
nico
Cavida
des
Progresi
Bajo:
vas
Son muy
bajos a
menos de
7500 pies
de
profundida
d en
localizacio
nes
terrestres
con
produccion
es menores
a
Excelente:
eficiencia
de tiempo
de
arranque
es mayor
al 95% si
se siguen
buenas
prcticas
de
operacin
adems, de
controlar
Problemas
solamente
en pozos
con altos
gastos, ya
que se
requiere de
un mbolo
ms
grande.
Casing
pequeos (
4.5
y 5.5 pg)
pueden
limitar la
separacin
Excelente:
presiones
menores a
25lb/pg2
son
factibles
para
proporcion
ar un
adecuado
desplazami
ento y
separacin
del gas.
Trabaja
comnmen
te con
presiones
de succin
Ligerament
e bajos,
pero;
frecuentem
ente se
reporta una
corta
duracin en
la vida del
estator y/o
del rotor.
moderado:
incrementa
con la
profundida
d y el
tamao de
las
unidades.
incrementa
con la
profundidad
y la
cantidad de
aceite
bombeado.
Buena:
normalment
e la
sobreexplot
aci n y la
carencia de
experiencia
disminuyen
el tiempo de
arranque.
Normalmen
te no tiene
problemas
para casing
de 4.5 o
mayores,
pero, la
separacin
de gas
puede ser
limitada.
Bueno: en
presiones
de succin
menores a
100lb/pg2
proporciona
un
adecuado
desplazami
ento del
fluido y
separacin
del gas.
beo
Tipo
Excelente:
jet
lmites
similares al
bombeo
hidrulico.
Maneja
profundidade
s de hasta
6,000 metros.
Controlado
por el sistema
de inyeccin a
presin y los
gastos del
fluido.
Tpicamente,
para 1,000
B/D con
2.5pg de TP
nominal,
1,440 lb/pg2
de capacidad
de
levantamiento
del sistema y
una RGL
de1,000 se
tiene una
profundidad
Excelente: La
produccin de
gas reduce la
necesidad de
inyectar gas.
Usualmente
limitado por
la potencia
del motor o
la
temperatura.
Sus
profundidad
es prcticas
son cercanas
a los 3,000
metros.
Habilidad
para
manejar
gas
Similar al
bombeo
hidrulico. El
gas libre,
reduce su
eficiencia
pero, ayuda al
levantamiento
del fluido. Es
posible
separar el gas.
Utiliza un
sujetador de
gas.
Pobre , si
maneja
cantidades
de gas libre
mayores al
5%.
Separadores
giratorios de
gas son
tiles si no
hay
produccin
de slidos.
Aplicaci
ones
costa
afuera.
Bueno: el
agua del mar
o de la
formacin,
puede ser
utilizada
como fluido
motriz.
Excelente:
es el mtodo
ms comn
si hay
disponible
suficiente
gas de
inyeccin.
Bueno: debe
estar
provisto de
energa
elctrica y
una unidad
para dar
mantenimie
nto.
Capacida
d para
manejar
aceites
con altas
viscosida
des
Bueno a
excelente:
puede
trabajar con
fluidos de
viscosidades
arriba de los
800cp.
Regular:
pocos
problemas
para crudos
mayores a los
8API o
viscosidades
debajo de los
20cp.
Regular:
limitado a
viscosida
des
cercanas a
los 200
cp.
Terminaci
n en pozos
con
dimetros
pequeos
7
(28 / pg de
dimetr
o del
casing
de
producci
n)
Simila
r al
bombe
o
hidrul
ico.
Factible,
pero puede
ser
problemti
co e
ineficiente.
An no
se
conocen
instalacio
nes.
eo
Hidraul
Excelente:
ico
limitado
por la
presin
del fluido
motriz
(5,000
lb/pg2) o
por la
potencia.
En
condicion
es
normales,
opera a
profundid
ades de
5,000
metros.
Bueno a
regular:
bomba
fija,
concntri
ca o
paralela
libre,
permite la
separaci
n de gas
con un
adecuado
separador
de gas en
la entrada
de la
bomba.
Regular:
operacin
factible en
pozos
altamente
desviados.
Requiere
de espacio
en
cubierta
para
colocar
los
tanques de
tratamient
o y las
bombas.
Bueno: es
posible
bombear
fluidos
con
densidade
s mayores
a los
8API y
viscosida
des
debajo
Posible
pero,
puede
haber
altas
prdidas
por
friccin o
problema
s de gas.
Aceptable
para bajos
olo
Viaj
Susero
lmites,
tpicame
nte, son
menores
a los
3000
metros.
I
Usualme
nte
limitado
por el
fallback;
pocos
pozos
alcanzan
profundi
ades
mayores
a 3000
metros.
Excelen
te
Simil
ar al
BNC.
Excelente
con
aplicacion
es
correctas.
Pobre
en
pozos
que
necesit
an
control
de
arena.
Uso de
vlvula
s de
posici
n
riesgos
as.
No
funciona
con altas
viscosida
des. No
aplica.
Simil
ar al
BNC.
Bueno:
similar al
casing de
levantami
ento pero,
debe
haber una
formacin
aceptable
de gas.
Igual
que el
BNC.
beo
Mec
Bueno:
nico la
estructur
a de las
varillas,
puede
limitar
los
gastos a
cierta
profundi
dad. Por
ejemplo,
el
sistema
maneja
500
B/D a
2,000
metros y
150
Bueno si
puede
separar y
usar un
sujetador
de gas
natural con
un
adecuado
diseo de
la bomba.
Pobre si
debe
bombear
cantidades
mayores al
50% de gas
libre.
Pobre:
debe
disearse
por tamao
de unidad,
peso y
espacio
para una
unidad de
mantenimi
ento
. La
mayora
de los
pozos son
desviados
y
Bueno para
fluidos
debajo de
los 200cp
y con
gastos
bajos
(4,00BD).
Altos
gastos,
pueden
requerir de
Factible
para gastos
menores de
100B/D y
baja RGL
(menor a
250).
Tpicament
e es
utilizado
con tubera
de
Cavida
des
Progresi
Pobre:
vas
limitado a
profundidad
es
relativament
e bajas
(2000
metros).
Pobre si
tiene que
bombear
algn gas
libre.
Pobre,
aunque
puede tener
una
aplicacin
especial en
zona
marina.
Sin
embargo, es
necesario
contar con
una unidad
para dar
mantenimie
nto.
Excelente
para
manejar
crudos con
altas
viscosidade
s sin
problemas
con el rotor
o el estator.
Factible si
existen
bajos
gastos,
bajas
RGAs, y
bajas
profundida
des pero,
no se
conocen
instalacion
Capacida
d para
manejar
parafinas
Flexibili
dad en
el motor
primario
Bom
beo
Tipo
jet
Simila
r al
bombe
o
hidrul
ico.
Simila
r al
bombe
o
hidrul
ico.
B
N
C
B
E
C
Bueno:
algunas
veces puede
ser
necesario
remover
mecnicam
ente las
parafias. La
inyeccin
de gas
puede
agravar
problemas
Bueno:
motores
elctricos,
de
combustin
interna o
turbinas, se
pueden
utilizar
para la
compresin
Regular:
tratamient
os de agua
o aceite
caliente,
cortes
mecnicos,
conjunto
de
inhibidore
s.
Excelente:
restringido
por el
tamao de
la TP, la
inyeccin
de gas y
por la
profundad.
Dependien
do de la
presin en
el
yacimiento
y la presin
de
inyeccin;
con 4pg de
dimetro
en la TP, se
alcanzan
gastos de
5,000BFP
Da
3,000m
con
Regular:
limitado
por la
contrapresi
n en la
cabeza y
por el
resbalamie
nto. Este
sistema
evita
rangos de
flujo
inestable.
Tpicament
e est
limitado a
gastos
bajos de
200BFPD
para TP de
2pg sin
contrapresi
Excelente:
limitado
por la
potencia y
tambin,
puede ser
restringido
por el
tamao del
casing. En
5.5 pg de
dimetro
del casing,
puede
producir
4,000BFP
Da
1,200m
con 240
caballos
de
fuerza.
Generalme
nte pobre:
bajas
eficiencias
y altos
costos de
operacin
para gastos
menores a
400BFPD.
Regular:
requiere
una buena
fuente de
poder sin
interrupcio
nes.
Bomb
eo
Hidrau
lico a
Bueno
mb
olo
Viaj
ero
Excele
excelente:
circular
calor en la
bomba de
fondo para
minimizar
las
acumulacio
nes. Se
pueden
utilizar
inhibidores
o remover
Excelente:
el motor
primario,
puede ser
elctrico o
de
combustin
interna.
nte:
corta
parafin
as y
remuev
e
peque
os
depsit
os.
B
N
I
Simil
ar al
BNC.
Bom
beo
Mec
nico a
Regular
Cavida
des
Progresi
vas la
Regular:
bueno: es
posible
hacer
tratamient
os de
agua o
aceite
calientes
y/o uso de
raspadore
s pero,
esto
increment
Bueno:
ambos
motores
,
elctric
os y de
combus
tin
interna
pueden
utilizars
TP puede
necesitar
tratamiento.
No utiliza
varillas
raspadoras.
Es posible
quitar las
acumulacion
es a la bomba
y circular
fluidos
calientes.
Bueno: puede
utilizar ambos
motores,
elctrico y de
combustin
interna, para
transmitir la
energa.
Normalme
nte, no
requiere
motor.
Igual
que el
BNC.
Bueno:
limitado por
el dimetro
de la TP y
por la
potencia.
Tpicament
e maneja
3,000
BFPD a
1200m
y maneja
1,000BF
PD a
3,000m con
3,500lb/pg2
de presin
en el
sistema.
Pobre:
limitado
al
nmero
de ciclos,
posiblem
ente
maneje
200BFP
Da
3,000m.
Pobre:
limitado
por los
ciclos de
levantami
ento y por
los ciclos
de
inyeccin
de gas.
Tpicame
nte
levanta
cerca de
200BFP
D
a 3,000m
con
menos de
250lb/pg2
en la
presin
de
entrada.
Regular:
restringid
o para
bajas
profundid
ades y
utilizando
grandes
bombas.
El
mximo
gasto que
puede
aportar es
cercano a
los
4,000BFP
Da
300m de
profundid
ad y
1,000BFP
Da
1,500m.
Regular: no
es tan
bueno como
el bombeo
hidrulico.
Tpicament
e produce
con gastos
de 100 a
300BFPD
desde
1,200 a
3,000m.
Puede
manejar
gastos
mayores a
75BFPD
desde
3,600m.
Excelent
e: para
bajos
ritmos de
flujo de 1
a2
BFPD
con altas
RGLs.
Bueno:
limitado
por la
eficiencia
y el lmite
econmic
o.
Tpicame
nte
maneja de
1/2 a 4
barriles
por ciclo
con 48
ciclos al
dia.
Excelent
e: este
sistema
es
utilizado
comnm
ente para
pozos
con
producci
ones
menores
a
100BFP
D.
Pobre: est
Capacida
d para
levantar
altos
volmene
s
Capacida
d para
levantar
bajos
volmene
s
Excelente:
arriba de
15,000BFPD
con una
adecuada
presin de
fondo
fluyendo,
tamao de la
TP y de la
potencia.
Regular:
los
volmenes
que maneja
son
mayores a
200BFPD
a
1200m.
restringido a
aportar
relativamente
bajos
volmenes.
Puede
alcanzar
2,000BFPD a
600m y
200BFPD a
1,500m.
Excelente
para gastos
menores a
100BFPD y
en pozos
poco
profundos.
B
N
C
Excelente.
B
E
Pobre:C
Tiene
problemas
en la
inyeccin
y en la
producci
n en la
superficie.
El lmite
de arena
es 0.1%
en los
lugares
antes
menciona
dos.
requiere
menos de
200 ppm de
slidos.
Mejora su
resistencia
al desgaste
con
materiales
mas
resistentes
los cuales,
incrementa
n el costo
de la
bomba.
En motores
estndar, la
temperatura
esta limitada a
menos de
250F y
menos de
325F con
motores y
cables
especiales.
Bueno: con
pocos
problemas. De
acuerdo a la
experiencia,
no es
recomendable
aplicarlo a
pozos
horizontales.
Se requiere de
grandes radios
de curvatura
del pozo para
poder instalar
la bomba.
Habilidad
para
manejar
slidos
Regular a
bueno: las
bombas tipo
jet, estn
operando con
3% de arena
en los fluidos
producidos. El
fluido motriz
para la bomba
puede tolerar
200 ppm con
tamao de la
partcula de
25m.
Lmites
de
tempera
tura
Excelente:
con
materiales
especiales
puede
soportar
hasta 500 F.
Excelent
e:
comnm
ente
soporta
temperat
uras
mximas
de
350F.
Aplicaci
n en
pozos
desviados
Excelente: una
bomba
pequea puede
pasar a travs
de
desviaciones
hasta de
24/30m en
2pg de TP
nominal.
Pocos
problemas
con la
lnea de
acero que
puede
recuperar
las
vlvulas
hasta con
70 de
desviacin
del pozo.
Bomb
eo
mb
olo
Pobre:
Acepta
menos de
10ppm de
slidos en
el fluido
motriz para
incrementa
r la vida de
la bomba.
Los fluidos
producidos
deben
contener
pocos
slidos
(menos de
200ppm de
partculas
Excelent
e:
soporta
hasta
300F
con
materiale
s
estndar
y 500F
con
materiale
Excelente:
factible de
operar en
pozos
horizontal
es.
Normalme
nte la
bomba
pasa a
travs de
la TP.
La
arena
puede
atorar
al
mbolo;
sin
embarg
o, el
mbolo
mantien
e limpia
la
tubera.
B
N
I
Regular:
la
posicin
de la
bomba
puede
causar
problema
s.
Excele
nte
Simil
ar al
BNC.
Excelen
te por
su
principi
o de
operaci
n.
Simil
ar al
BNC.
Bom
beo
Cavida
des
Pobre a
regular:
para
producci
n de
fluidos de
baja
viscosidad
(menor a
10 cp).
Mejora su
rendimient
o para
fluidos con
alta
viscosidad
(mayor a
200cp).
Puede
Excelente:
actualment
e es
utilizado
en
operacione
s trmicas
(550F).
Excelente
: maneja
arriba de
50% de
arena en
crudos de
alta
viscosida
d (mayor
a 200cp).
Reduce
hasta
10% de
manejo
de arenas
para
producci
ones de
agua.
Regular: la
temperatur
a es
limitada
por el
elastmero
.
Actualmet
e, se est
trabajando
con
temperatur
Pobre
a
regular:
increment
a la carga
y los
problema
s de
desgaste.
Actualme
nte se
conocen
muy
pocas
instalacio
nes.
Regular:
increment
a la carga
y los
problema
s de
desgaste.
Puede
trabajar
con altos
grados de
desviacin
(mayor a
70)
incluso en
pozos
horizontal
es. Se han
tenido
xitos
BOMBEO
NEUMTICO
INTERMITEN
TE
BOMBEO
MECNI
CO
BOMBEO
HIDRULI
CO
VENTAJ
Inversiones bajasAS
para pozos
profundos.
Bajos costos en pozos con
elevada produccin de arena.
Flexibilidad operativa al
cambiar condiciones de
Las vlvulas pueden ser
recuperadas con lnea de acero.
El equipo superficial
puede centralizarse en una
Capaz de producir grandes
volmenes de fluidos.
Inversiones bajas para pozos
profundos.
Bajos
costos en pozos con
elevada produccin de arena.
Flexibilidad operativa al
cambiar condiciones de
Adaptable a pozos desviados.
El equipo superficial
puede centralizarse en una
Su vida til es mayor que la de
otros sistemas.
Las vlvulas pueden ser
recuperadas con lnea de acero,
por lo que las reparaciones son
baratas.
Baja
inversin para produccin de
volmenes bajos y profundidades
someras a intermedias (2400m).
Permite producir con niveles de
fluidos bajos.
Es adaptable a pozos con problemas
de corrosin e incrustaciones.
Cuando su aplicacin es apropiada,
es el mtodo ms barato.
Diseo Simple
Familiar para ingenieros de diseo
y el personal operativo.
Flexibilidad para cambiar
condiciones operativas.
Instalaciones grandes ofrecen
una inversin baja
La recuperacin de las bombas se
hace por circulacin inversa.
Se puede instalar en pozos desviados.
Adaptable a la automatizacin.
DESVENTAJAS
Requiere una fuente continua de
gas.
Altos costos de operacin si el gas
es comprado.
Altos costos de operacin cuando
se manejan gases amargos.
Se requieren niveles de lquido
altos.
Se requiere alimentacin de gas a
alta presin.
La TR debe soportar una alta presin
del gas.
Requiere una fuente continua de
gas. ritmos de produccin son
Los
reducidos.
Su eficiencia es muy baja (10% 15%).
Mayor cantidad de gas para producir
un barril.
Se requiere alimentacin de gas a
alta presin.
La TR debe soportar una alta presin
del gas.
Tabla 1.2 Principales ventajas y desventajas que presentan algunos SAP (continuacin)
VENTAJ
DESVENTAJAS
AS
Inversiones bajas para volmenes
Es difcil la instalacin de la bomba en
BOMBEO
producidos
mayores
a
400
BPD
en
agujero descubierto.
HIDRULI
pozos profundos.
CO
El equipo puede ser centralizado en
El manejo de arena, incrustaciones, gas
un sitio.
o corrosin ocasionan muchos
Demasiada
inversin
para
producciones altas a profundidades
someras e inmediatas.
BOMBEO
ELECTRO
CENTRFUGO
BOMBEO
DE
CAVIDADES
PROGRESIVA
S
Es aplicable a grandes
profundidades (alrededor de
4200m).
Problemas
de desgaste
TP/varillas cuando se
20
La unidad tpica del sistema de bombeo por cavidades progresivas est constituida en el
fondo del pozo por los componentes: rotor, estator, varillas, centralizador y tubera de
produccin. Las partes superficiales son: motor elctrico, cabezal de rotacin, lneas de
descarga, tablero de control, sistema de frenado, sistema de transmisin de energa
(conjunto de bandas), caja de cambios, caja de sello (stuffing box) y eje impulsor.
Figura 2.1 La bomba de tornillo consta de dos elementos principales: el rotor y el estator.
Varilla pulida
Dispositivo prensa
Cabezal de rotacin
Motor
primario
T de flujo
Varilla
Tubera de produccin
Rotor
Tubera de revestimiento
Estator
Tope
|
Figura 2.2 Esquema que muestra la distribucin de los componentes del aparejo del
sistema de bombeo por cavidades progresivas.
Varilla pulida
Prensa para la varilla pulida
Cabezal de
rotacin
Motor Primario
T de flujo
Figura 2.3 Partes del equipo superficial. Existen otros tipos de configuraciones, que se
vern ms adelante, sin embargo; esta configuracin es la ms comn en los campos
petroleros que utilizan este sistema.
Las varillas estn sujetas al eje impulsor del cabezal de rotacin (o varilla pulida), el
cual est ensamblado directamente sobre la cabeza del pozo. El movimiento del eje es
provocado por un sistema polea-bandas, como se muestra en la Figura 2.4, en donde el
motor primario es el que genera el movimiento rotacional y es transmitido al eje a travs
de un juego de bandas conectadas entre dos conjuntos de poleas, uno sujeto al motor y
el otro al eje impulsor.
Motor
Sistema de transmisin
(bandas-poleas)
Sello mecnico
Eje impulsor Varillas
Figura 2.4 El gasto de la bomba, que es proporcional a las revoluciones por minuto, puede
ser variado si cambiamos el radio de la polea sujetada al eje impulsor. En la figura se
muestra la forma en que est colocado el sistema de bandas y poleas para transmisin de
energa del motor al eje impulsor.
Dado que el Sistema BCP, en general, trabaja con baja velocidad, la seleccin de la
unidad motriz incluye especificar un mtodo para reducir la velocidad del motor o un
motor de baja velocidad. Las transmisiones con bandas o cadenas son aceptables para
reducir la velocidad del motor. Otra opcin es el empleo de un reductor de engranes de
acoplamiento directo para unidades grandes o para procesos en donde no se desean las
bandas V (correas trapezoidales) por razones de seguridad. El reductor disminuir la
velocidad del motor a la velocidad requerida.
Las vlvulas de desahogo (alivio) de presin siempre se necesitan en los sistemas con
bomba rotatoria y se gradan un poco ms que la presin mxima de descarga para
proteger a la bomba y los componentes corriente abajo si sube mucho la presin.
La norma API 676 no permite el empleo de vlvulas de desahogo integrales. Una forma
de aliviar la presin es utilizar una vlvula de desahogo externa, del tamao requerido,
en la tubera diseada para devolver el lquido a la fuente de succin. Otro mtodo de
control disponible vara la velocidad de rotacin del rotor con un motor elctrico de
velocidad variable cuya velocidad cambie en respuesta a una seal elctrica
Psis
t
CT
..(ec. 2.1)
Donde:
Psist: Potencia requerida por el sistema (kW o hp)
T:
Torque sobre la varilla pulida (Nm o lbf pie).
N:
Velocidad de rotacin de la varilla pulida (RPM).
:
Eficiencia de transmisin.
-4
C:
Constante que resulta de hacer consistentes las unidades (1.047x10 para el
-4
sistema mtrico decimal y 1.91x10 para el sistema ingls).
Motor Primario
Figura 2.5 En casi todos los sistemas BCP el motor primario es elctrico. El motor es el que le
proporciona la energa mecnica, necesaria, al sistema para que a travs de las varillas se pueda
transmitir el movimiento de rotacin a la bomba de fondo.
Los rangos de operacin de los motores elctricos van desde 7.5 kW hasta 75 kW (10 a
100 hp). Los motores de combustin interna, varan su capacidad desde 22.5 kW hasta
225 kW (30 a 300 hp). Los motores utilizados por lo general son elctricos de baja
1.- Proporcionar un sello para evitar que los fluidos bombeados se filtren a travs
de los equipos superficiales.
Para evitar la filtracin de fluidos en la superficie se coloca un prensaestopas o sello
mecnico (stuffing box), su configuracin bsica consiste en un niple corto con un
sistema de empacaduras sintticas y/o de bronce instaladas en serie (figura 2.6).
Vlvula de inyeccin
de lquido sellador
Distribuidor de lubricante
Glndula de empaque
Eje impulsor
Garganta del
prensaestopas
Empaque
mecnico
Figura 2.6 Principio de operacin de un prensaestopas (Stuffing Box). Este mecanismo reduce
(no para) la filtracin de los fluidos bombeados hacia el medio ambiente o hacia partes del
equipo superficial, que puedan ser daadas.
2.- Absorber la carga axial generada por el peso de las varillas y el incremento de
presin de la bomba.
Una de las funciones fundamentales del cabezal de rotacin es soportar la carga axial
del equipo de fondo. El sistema de rodamientos tiene esta funcin de carga, a la vez que
permite el movimiento rotacional de la varilla pulida con un efecto de friccin mnimo.
3.- Proporciona los medios necesarios para evitar las velocidades inversas
(backspin) de las varillas al momento de parar el motor.
De los tipos de frenos utilizados en los cabezales de rotacin, destacan dos sistemas con
alta eficiencia de funcionamiento:
Disco para el
freno
Sostn y accionador de
las balatas para el frenado (Brake caliper)
Bomba
Figura 2.7 Sistema de frenado para evitar las velocidades inversas (backspin)
Los cabezales de rotacin ms comunes, pueden ser verticales o de ngulo recto, con el
eje impulsor slido o hueco.
Cabezal de rotacin de manejo directo (MD): tiene un costo bajo adems de ser una
forma rentable de transferir la energa a la sarta de varillas. Estos cabezales
normalmente son seleccionados para aplicaciones que requieren de altas velocidades,
segn el desplazamiento de la bomba en el campo. Usualmente son utilizados para
velocidades desde 110 rpm hasta 450 rpm. Las velocidades se logran por medio de
cambios en el radio de las poleas y/o utilizando un motor de frecuencia variable. Tienen
capacidad para soportar cargas axiales de 5 hasta 50 kilolibras. El rango de potencia
requerido por este cabezal de rotacin, vara de 3 a 150 hp.
Para tener algunas relaciones entre dimetro de poleas y velocidades referentes a los
cabezales de rotacin de manejo directo MD, ver la tabla 1 en el apndice.
a)
b)
c)
a)
b)
Figura 2.9 a) Esquema de un cabezal de rotacin con caja de velocidades integrada (CVI). b)
cabezal de rotacin CVI en una aplicacin de campo.
Para tener algunas relaciones entre las velocidad y las poleas, referidas al cabezal de
rotacin de ngulo recto, manejado por un motor elctrico, ver la Tabla A3 en el
apndice.
a)
b)
Como datos adicionales, la bomba de cavidades progresivas opera con un amplio rango
de profundidades y volmenes. La mxima profundidad alcanzada es de
aproximadamente 2,500m y el mximo gasto entregado es de 1,500 BPD
aproximadamente.
2.3.1 Bomba
Su funcin principal es adicionar a los fluidos del pozo el incremento de presin
necesario para hacerlos llegar a la superficie, con la presin suficiente en la cabeza del
pozo.
un cuerpo elstico moldeado en forma helicoidal al doble del paso del rotor. Con el
movimiento del rotor dentro del estator se van formando cavidades (selladas por el
contacto entre estas dos piezas) que van progresando desde el inicio hasta el final de la
bomba y que en su trayecto llevan consigo al fluido que se pretende bombear.
Geometra
Existen diversas configuraciones de la bomba de cavidades progresivas, las cuales
dependen de la relacin de lbulos entre el rotor y el estator. Como regla debe cumplirse
que: nmero de lbulos del estator = 1+ nmero de lbulos del rotor. Partiendo de esta
regla, se disean rotores y estatores de varios lbulos que pueden combinarse en
diversas formas (rotor:estator), como por ejemplo, 1:2, 2:3, 3:4, 4:5, etc. Ver Figura
2.11. Para configuraciones que tienen ms de dos lbulos en el rotor, se les llaman
bombas multilbulos como por ejemplo: una bomba 2:3.
a)
b)
c)
Dimetro
mayor
ROTOR
Dimetro
menor
ESTATOR
Dimetro
mayor
Dimetro
menor
Cuando el rotor gira excntricamente dentro del estator, se forma una serie de cavidades
selladas, separadas cada 180 de rotacin, que progresan desde la succin hasta la
descarga de la bomba, ver Figura 2.13.
Figura 2.13 Las cavidades en la BCP estn separadas 180 de rotacin una de la otra. Por cada
ciclo de rotacin del rotor, se producen dos cavidades de fluido.
Figura 2.14 El rea transversal total de la cavidad (zona sombreada), es la misma sin importar
la posicin del rotor dentro del estator.
La BCP incrementa la presin porque tiene una lnea de sello, creada entre el rotor y el
estator, en cada cavidad. La capacidad de presin de la bomba est basada en el nmero
de etapas y en el nmero de veces que las lneas de sello son repetidas. Generalmente,
una etapa es definida como 1.5 veces la longitud del paso del estator, Figura 2.15. Si se
incrementa el nmero de lneas de sello, o de etapas, la capacidad de presin de la
bomba se incrementa permitiendo, de esta manera, bombear a grandes profundidades.
Figura 2.15 Relacin entre el paso del rotor (PR) y el paso del estator (PS). Generalmente, con
1.5 veces el paso del estator se forma una etapa.
Gasto real
Resbalamiento
Figura 2.16 El resbalamiento (slip), es la diferencia entre el gasto terico y el gasto real a una
cierta presin.
Apretado
Flojo
Ajuste estndar
Figura 2.17 Efecto del ajuste por compresin entre el rotor y el estator sobre el resbalamiento.
Viscoso
Muy viscoso
H 2O
Los fluidos con alta viscosidad provocan enormes prdidas de presin por friccin en la
tubera de produccin y en las lneas superficiales de flujo, esto debido a la friccin
interna del fluido y a la friccin del fluido con las paredes rugosas de la tubera.
2.3.1.2 Desplazamiento
Como ya se mencion, en prrafos anteriores, la bomba es de flujo positivo constante
porque el flujo que pasa por la seccin transversal de la cavidad es siempre constante en
cualquier posicin del rotor con una velocidad constante.
El rea transversal de la cavidad (ver figura 2.14) puede fcilmente ser determinada si
calculamos el rea transversal del estator y luego le restamos el rea transversal del
rotor.
Figura 2.19 Ejes principales que determinan la excentricidad (E) de la bomba, necesaria para
calcular el desplazamiento terico de la bomba.
Figura 2.20 Esquema que muestra la excentricidad, la cual es definida como la distancia entre
el eje central del rotor y el eje central del estator; simbolizado como E.
Figura 2.21 Esquema que muestra el rea transversal del estator y la forma en que se divide en
dos figuras para poder obtener el rea de la cavidad.
Obteniendo las reas del rectngulo y del crculo, que juntas forman el rea transversal
del estator, es posible obtener el rea transversal de la cavidad si le restamos el rea
transversal del rotor:
El resultado anterior muestra que el rea transversal de la cavidad depende del tamao
del dimetro del rotor y de la excentricidad. La longitud de la cavidad es determinada
por el paso del estator (figura 2.22).
Ps
La longitud del paso del estator determina la velocidad de movimiento del fluido a
travs de la bomba. Por cada giro del rotor el fluido se desplaza un paso del estator.
Entre ms grande sea la longitud de paso del estator, ms alta ser la velocidad del
fluido a travs de la bomba. La velocidad de flujo se determina de la siguiente manera:
Si sustituimos la ec. 2.5 y la ec. 2.6 en la ec. 2.2, se obtiene la ecuacin para calcular el
desplazamiento o gasto terico arrojado en la descarga de la bomba.
Pb = C1 P Qt
C2Tf
n (Ec. 2.9)
Donde:
n: Velocidad de rotacin [rpm]
3
Qt: Gasto terico por revolucin [m /dia/RPM bbl/dia/RPM]
Tf: Torque necesario para vencer la friccin (sin diferencial de presin) [Nm lbpie]
P: Presin diferencial a travs de la bomba [Kpa psi]
-2
C1: Constante (Mtrico: 0.111 o ingls: 8.97x10 )
C2: Constante(0.1047)
2.3.1.4 Rotor
El rotor se construye en acero tratado de alta resistencia y se somete a un revestimiento
superficial (cromado) a manera de minimizar el desgaste generado por el transporte de
fluidos cargados de partculas slidas y disminuir as el coeficiente de frotamiento
rotor/estator. El dimetro final del rotor es funcin del posible hinchamiento del
elastmero ligado a la presin, a la temperatura y a los fluidos bombeados. El espesor
del cromado depende del carcter abrasivo de los productos bombeados.
Los rotores fabricados con acero al carbn de alta resistencia (1040, 1050, 4120,4130,
4140) son una excelente opcin para la mayora de las aplicaciones. En aquellos casos
donde estn presentes agentes corrosivos o acidificantes en alta concentracin, se utiliza
el acero inoxidable por su capacidad de resistencia a estos ambientes agresivos.
Lamentablemente, este material es muy susceptible a la abrasin y es unas dos veces y
media ms costoso que el tradicional acero al carbn.
2.3.1.5 Estator
El estator consiste en un tubo de acero con un cuerpo de elastmero pegado
internamente.
Es importante que cada cierta cantidad de estatores fabricados se tome una muestra del
elastmero para verificar que todas sus propiedades mecnicas estn en los rangos
permitidos, ya que es precisamente el elastmero el mayor responsable de la calidad del
producto final.
La forma helicoidal interna del estator est definida por los parmetros:
Ancho mnimo de la seccin transversal: D
Ancho mximo de la seccin transversal: D+ 4E
Paso del estator:
Pest = 2PROT
Existen diversos tipos de varillas que el Sistema BCP utiliza para transmitir la energa
desde la superficie hasta la bomba de fondo:
Varillas convencionales (sucker rods).- Son las mismas que utiliza el sistema de
bombeo mecnico, fabricadas bajo la especificacin API 11B.
Estas varillas estn diseadas para trabajar bajo esfuerzos alternativos, es decir;
cargas de traccin. Disponible en 5/8, 3/4, 7/8, 1, y 1 1/8 de dimetro del
cuerpo de la varilla y de 7.5 metros de longitud.
Varillas convencionales modificadas (Drive rods).- Especialmente diseadas
para soportar el torque experimentado en la aplicacin del BCP. Estn
suministradas con una rosca modificada para maximizar su capacidad de torque.
Los dimetros ms comunes son: 1, 1 1/4, y 1 1/2 de dimetro del cuerpo de
la varilla y de longitud similar a las varillas convencionales.
Varillas huecas (Hollow rods).- Como su nombre lo dice, son varillas huecas con
tamaos similares a las varillas convencionales. Tienen una rosca que permite
una conexin que por fuera se aparente tener una varilla continua y por dentro
est hueca. Estas caractersticas permiten una reduccin en la friccin, entre
varillas y la tubera de produccin, ya que se elimina el cambio brusco de
geometra en las uniones de las varillas y eso permite una mejor distribucin de
las cargas de rozamiento. Una de las alternativas que presenta la varilla hueca es
la de inyectar por el interior de la misma un diluyente para el bombeo de crudo
pesado y extrapesado.
Varilla continua o tubera flexible (continuous rod, coiled rod).- Este tipo de
varilla, en realidad, es una tubera continua y flexible. No tiene conexiones,
como en las varillas convencionales, son tramos soldados continuamente de
tubera de acero; solo tiene dos coples, una para conectarse a la bomba de fondo
y otro para conectarse con el equipo superficial. La varilla continua se enrolla en
un carrete para su conservacin y transporte. Las sarta de esta tubera puede
tener una longitud de 9,450m [31,000 pies] o superior segn el tamao del
carrete y los dimetros de los tubos. Los dimetros que ms se utilizan, son:
13/16, 7/8, 1 y 1 1/8. Este tipo de varilla es similar a la tubera flexible que
se utiliza para procesos de estimulacin y perforacin de pozos, sin embargo;
recientemente (en 1999) se empez a utilizar como medio de transmisin de
energa a la bomba de fondo, principalmente en pozos altamente desviados
(>6/100ft). Los resultados de su aplicacin fueron positivos, ya que, debido a su
flexibilidad, se logr adaptar a pozos con alto grado de desviacin, reduciendo
de manera considerable el tiempo de paro de la produccin, como una
consecuencia de las fallas en las varillas. A diferencia de las varillas huecas, se
tiene la ventaja de no tener constantes conexiones, que ocasionan fallas por
desenrroscamiento, adems, el ahorro de tiempo en la conexin de las varillas es
una gran ventaja que se aprecia ms cuando hay una falla en la bomba de fondo
y es necesario sacar toda la sarta de varillas.
2.3.4 Accesorios
Con el propsito de asegurar una mejor operacin del equipo, es necesario contar con
algunos accesorios como:
Para estos casos se acostumbra instalar el ancla antitorque inmediatamente por debajo
de la bomba, el cual es un dispositivo mecnico que evita la rotacin de la tubera en
sentido de las agujas del reloj.
Como el H2S, el CO2 y los aromticos vienen generalmente relacionados con el gas
libre, el uso de los separadores de gas surge como una alternativa indirecta para evitar,
que estos elementos fluyan a travs de la bomba.
La presin de fondo fluyendo para cualquier gasto, se determina con los datos de la
curva de comportamiento de flujo, calculada mediante alguna de las formas
comnmente aceptadas:
agua y del gas, los grados API, el porcentaje de agua producida y la relacin gas aceite,
deben ser conocidos. Estos parmetros influyen directamente sobre la demanda de
potencia al motor y la viscosidad, adems influye sobre las curvas de comportamiento
de las bombas.
La profundidad del pozo y de la zona de disparos, son datos importantes para disear la
profundidad de colocacin de la bomba. En lo que respecta a los dimetros de la tubera
de produccin y de revestimiento, estos deben de ser conocidos para disear las
dimensiones de la bomba. Por otra parte, el espacio anular entre el estator y la tubera de
revestimiento debe permitir el paso de eventuales herramientas de pesca o medicin, as
como la instalacin de modelos especficos de separadores de gas.
Las prdidas de presin por friccin ocasionadas por la viscosidad, son causadas por la
friccin interna del fluido.
En cuanto a las prdidas de presin, ocasionadas por la alta viscosidad y densidad del
aceite, las mismas se traducen en una presin diferencial adicional a la presin
presin diferencial a travs de la misma. Por otra parte, esta presin adicional tiene su
efecto sobre el torque requerido por el sistema as como tambin sobre la potencia total.
Para el diseo, se debe tener especial cuidado en si el fluido es newtoniano o no
newtoniano. Aunque la viscosidad puede estar dentro de lmites razonables de bombeo
cuando circula el lquido, en algunos sistemas que manejan lquidos no newtonianos
puede haber problemas para el arranque y el paro.
Si la produccin del pozo tiene gas asociado, entonces entre el nivel dinmico del fluido
y el fondo, existe un rango de combinaciones de lquido y gas con diferentes
densidades, mismas que influyen significativamente sobre la capacidad requerida para
la bomba y su profundidad de colocacin.
Una gran cantidad de gas libre y en solucin tiene efectos benficos ya que disminuye el
peso de la columna hidrulica en la tubera de produccin y reduce la demanda de
potencia al motor, pero la bomba necesita manejar un gasto mayor para compensar los
requerimientos de aceite en la superficie.
Algunas formas prcticas para resolver el problema del gas libre a la profundidad de
colocacin de la bomba son:
Segn su principio, la BCP puede bombear fluidos multifsicos (lquido + gas) con alta
RGA en la admisin y puede as instalarse en los pozos por encima del nivel del punto
de burbuja. En este caso, el volumen bombeado (crudo + gas) ser superior al volumen
de crudo producido en superficie. Si se desea conservar constante el gasto de aceite en
la superficie, es necesario incrementar la velocidad de rotacin, en funcin del aumento
de la RGA.
Los problemas de asentamiento, tanto por encima como por debajo de la bomba, son
ms frecuentes en pozos direccionales u horizontales. La habilidad de un fluido para
transportar la arena mejora cuando su viscosidad y velocidad aumentan.
El diseo inicial del sistema debe hacerse en funcin de obtener la velocidad suficiente
de acarreo, an en las condiciones ms crticas de produccin (menor produccin
posible) y a su vez, debe evitar la acumulacin de arena en la entrada y salida de la
bomba. Con el fin de obtener un flujo ms libre de arena, se recomienda variar
lentamente la velocidad de rotacin de la bomba (por etapas de 20 RPM al da).
y que nunca signifique una restriccin, por el contrario, que permita el flujo libre y
directo desde el fondo hasta la bomba.
Aunque es comn bombear aceite con 5 a 15% de slidos, tambin se ha logrado
bombear con 70% de slidos. Las propiedades de la suspensin son las que ms
La BCP puede bombear fluidos cargados de arena; sin embargo, hay que tomar una serie
de precauciones:
Los elastmeros fabricados con nitrilo hidrogenado (HNBR) presentan una mayor
resistencia a los hidrocarburos, al H2S y a los inhibidores de corrosin.
3.2.6 Temperatura
Se debe prestar especial atencin a la temperatura a la cual se bombea el lquido del
proceso, pues no debe exceder el valor mximo de diseo del fabricante de la bomba.
Tambin es necesario definir las temperaturas, mxima y mnima, esperadas en
determinada aplicacin para poder hacer clculos exactos de la viscosidad y determinar
la potencia requerida por la bomba.
Las altas temperaturas afectan el espaciamiento del rotor, debido al efecto de expansin
trmica sufrido por el material de la sarta de varillas. Si la tubera de produccin est
anclada, los cambios de temperatura provocarn que las varillas se elonguen en relacin
a la tubera. Por ejemplo, si la temperatura alcanza 212F causar que una sarta de unos
3,000 pies se expanda alrededor de 3 pies ms. En general, la BCP cuya implantacin en
La capacidad de flujo del pozo, obtenida de una prueba de produccin, permite disear
la bomba asegurando que el rango de gasto en el que opere se encuentre cerca de su
mxima eficiencia.
La lnea recta de ndice de productividad se utiliza cuando no hay gas presente o cuando
todo el gas se encuentra en solucin a la profundidad del intervalo productor. Este IP
puede ser calculado conociendo una sola prueba fluyente de produccin y la P ws del
yacimiento. En la ecuacin 3.1, se puede observar que el IP, para este caso, es la
pendiente de la recta.
La curva de comportamiento de flujo (IPR, figura 3.1), se utiliza cuando Pwf < Psat. La
ecuacin para obtener esta curva fue formulada por Vogel; la ecuacin fue hecha por
aproximacin estadstica de numerosas pruebas de diferentes tipos de fluidos a diversas
condiciones de produccin. Es simple de calcular y arroja resultados bastantes cercanos
a los reales. Para su clculo, es necesario conocer una prueba fluyente, la presin
esttica y la presin de burbujeo.
Figura 3.2 Tipos de flujo a travs de la tubera de produccin (antes de entrar a la bomba).
Flujo en tuberas verticales.
.
Las bombas de cavidades progresivas son capaces de bombear mezclas de aceite y gas
sin mucha dificultad, pero dado que se trata de bombas volumtricas, todo volumen de
gas bombeado disminuye la produccin de crudo. En un flujo de dos fases a travs de la
tubera de produccin se pueden presentar las siguientes geometras:
Figura 3.3. El Sistema BCP puede operar en pozos desviados con la limitante de que habr
puntos en donde la tubera de produccin y la sarta de varillas estn en contacto permanente,
provocando un desgaste entre ambos elementos.
Una admisin de fluidos muy variable es susceptible de generar una deterioracin del
equipamiento de bombeo.
El gasto terico entregado por la bomba es funcin del volumen de las cavidades y de la
velocidad de rotacin del rotor. El gasto de aceite que entrega la bomba en la descarga
es diferente al gasto de aceite que llega a la superficie esto, entre otros factores, se debe
a que existe cierta cantidad de gas que se encuentra disuelto en el aceite y que se separa
conforme va llegando a la superficie, a causa de las variaciones de presin y
temperatura; por lo tanto, el gasto de lquido calculado en la descarga de la bomba, ser
menor al llegar a la superficie.
Como el rea transversal para el flujo del fluido es constante en cualquier parte de la
bomba, el gasto terico qt, en la descarga se calcula con la ecuacin 2.7, del captulo
anterior, es decir:
qt = Acv = 4EDROT nPs
Donde:
qt :
Ac :
v :
DROT :
E :
Ps :
El gasto real qa, en la descarga, implica que hay prdidas de flujo a travs de la bomba
debidas al resbalamiento o slip a lo largo de la bomba (ver el apartado 2.3.1, de la
descripcin de la bomba); entonces, el gasto real se define como:
qa = qt - qs(Ec. 3.3)
Donde:
qa: Gasto real de la bomba (B/D)
qs: Gasto debido al slip o resbalamiento (B/D)
Debido a la complejidad en su obtencin, el gasto debido al resbalamiento (q s), en la
bomba, es proporcionado por el fabricante a travs del catlogo de las curvas de
rendimiento de la bomba, estas curvas de rendimiento son hechas con datos de
extensivas pruebas de laboratorio. An no hay un modelo general para calcular el slip
para una bomba de cavidades progresivas en particular.
A lo largo de la bomba existe un gradiente de presin, la presin se va incrementando
desde la succin hasta la descarga. El gradiente de presin es dependiente de las
propiedades del fluido bombeado. Los lquidos casi incomprensibles, como el agua,
generan gradientes de presin lineales, mientras que los fluidos con alto contenido de
gas tienen gradientes de presin que aumentan casi exponencialmente desde la admisin
hasta la descarga.
El incremento de presin que genera una BCP es funcin del nmero de cavidades
formadas entre el rotor y el estator y del incremento de presin desarrollado en una
cavidad elemental, el cual depende de:
Con el fin de responder a incrementos de presin elevados, las BCP estn constituidas
de un gran nmero de cavidades. El incremento total de presin se evala entonces a:
En las ecuaciones 3.6 y 3.7, se hace referencia a condiciones de flujo monofsico. Para
3
3
pozos que producen con RGAs mayores a 22 m /m , debe tomarse en cuenta el
comportamiento multifsico del fluido (lquido + gas) tanto para la columna del anular,
como para la columna de la tubera de produccin. En estos casos, la densidad del fluido
vara considerablemente en funcin de la profundidad, ya que es una funcin de la
presin y la temperatura.
Los volmenes de gas libre, gas en solucin, aceite y agua son variables ya que todos
ellos, en mayor o menor grado, son fluidos compresibles. Por tanto, la utilizacin de las
ecuaciones 3.6 y 3.7, podra resultar en una eventual sobre-estimacin de las presiones,
lo cual traera como consecuencia la seleccin de equipos sobre-dimencionados.
pozo. En las tablas 4 y 5 (en el Apndice) se muestran ejemplos de cmo ofrecen los
fabricantes sus bombas.
Torque (Nm)
Gasto
Gasto (m /da)
Torque
de la tubera de produccin y del equipo en superficie. Hay que tomar en cuenta las
prdidas de carga por friccin y el incremento de la densidad debido a la presencia de
arena.
Velocidad n0 = 100rpm
Resbalamiento
Capacidad de levantamiento, ft
El resbalamiento, qs, vara con la estructura de una BCP y con la diferencial de presin
que esta genera. El slip no cambia con la velocidad de rotacin. Usualmente el slip en
una BCP viene de datos de extensas pruebas proporcionados por los fabricantes.
Un mtodo grfico para disear la velocidad de rotacin de una BCP es como se
muestra en la figura 3.6. Se traza una lnea vertical sobre el eje horizontal (capacidad de
levantamiento) en el punto Ha, que es la carga dinmica total calculada, posteriormente
se traza una lnea horizontal sobre el eje vertical (gasto), en el punto del gasto total en la
descarga (lquido + gas), qa. El punto A, en la grfica, es la interseccin de las dos lneas
trazadas. Desplazar la curva de rendimiento de la bomba a 100 RPM hacia arriba o
hacia abajo verticalmente hasta que esta toque el punto A. Con una presin diferencial
igual a cero se puede encontrar el gasto terico, Q tn, de la nueva curva. La velocidad
solucin de la bomba es:
n
100Qtn
Qt
(Ec. 3.8)
Donde:
La eficiencia volumtrica de una BCP esta definida como la relacin entre el gasto real
y el gasto terico. Una eficiencia del 100% representa que no hay resbalamiento o slip.
Ev
q
qa
1 a (Ec. 3.9)
qt
qt
mencionado anteriormente, es debido a que los sellos tienden a separarse por las
presiones en las cavidades.
El resbalamiento depende del tipo de bomba, del ajuste entre el rotor y el estator, la
viscosidad del fluido y la diferencial de presin. La longitud de la bomba tambin afecta
al resbalamiento. Una bomba larga tiene espacios largos, lo que implica un alto
resbalamiento.
Torque operacional:
El torque operacional consta de dos componentes: el torque hidrulico (torque necesario
para vencer la presin diferencial), y el torque por friccin (torque necesario para vencer
la friccin mecnica entre el rotor y el estator.
La rotacin del rotor fuerza la transferencia del fluido desde la entrada hacia la descarga
de la bomba, provocando una presin diferencial. La energa necesaria para realizar esta
accin necesita un torque suficiente del rotor y varillas de accionamiento. Este torque
depende de:
-1
Torque de arranque:
vvv/hh/yyy
En donde:
3
Gasto (m3/dia)
En la figura 3.7 se muestra que la variacin del nivel dinmico es proporcional al gasto
de la bomba y en consecuencia a la velocidad de rotacin. Sin embargo, cuando el nivel
de la bomba se sita por encima del punto de burbuja, la presencia de gas libre no
permite conservar esta proporcionalidad.
En el caso en que fuera posible descender la bomba por debajo de la zona de disparos,
por una parte, se excluye todo peligro de girar en vaco y por otra parte, habr
separacin natural del gas, lo que determina un buen rendimiento de la bomba.
de
RGA en la admisin
RGA
Figura 3.8 Incidencia sobre el gasto del posicionado de una BCP en un pozo de crudo
conteniendo gas.
P
f
Donde:
7.054
x10
D d D d
3
xQ
x
xL
x
s 1 (Ec. 3.11)
s f
ln
f
s:
L:
Viscosidad (Cp)
Temperatura C
Figura 3.9 Crudo pesado diluido con queroseno. Variacin de la viscosidad en funcin de la
temperatura y de la relacin crudo pesado/queroseno. 80/20: leer 80% crudo pesado/20%
queroseno.
Un mtodo grfico, sencillo, para calcular las prdidas de presin en el anular: tubera
de produccin-varillas de accionamiento, se muestra en el Apndice A-IV.
3.6PERFIL DE PRESIN
Como se muestra en la figura 3.10, el perfil de presin lo conforman las presiones en la
zona de disparos (Pwf), en la entrada de la bomba (Pi), en la descarga de la bomba (Pd),
y en la cabeza del pozo (Pwh). La presin diferencial a travs de una BCP, es la
Profundidad de la
bomba
El mtodo de anlisis nodal, puede ser utilizado para obtener la curva del perfil de
presin antes de la seleccin de la bomba. El nodo es colocado a la profundidad de
colocacin de la bomba. El flujo de fluidos antes del nodo (inflow), es desde el
yacimiento hasta la zona de disparos y luego desde la zona de disparos hasta la entrada
de la bomba. La direccin de clculo es desde el yacimiento hasta la entrada de la
bomba. La salida de los fluidos del nodo (outflow) es desde la descarga de la bomba
hasta la cabeza del pozo. La direccin de clculo es desde la cabeza del pozo, bajando,
hasta la descarga de la bomba.
de flujo multifsico. Las propiedades del fluido, as como la cantidad de agua producida
en el flujo total, la RGA, la presin en el punto de burbuja, la densidad del aceite, gas y
Una vez que la presin diferencial a travs de la bomba ha sido determinada, se puede
convertir esta presin en unidades de carga dividiendo dicha presin por el promedio de
la densidad del fluido entre la entrada y la descarga de la bomba. La carga calculada y el
gasto de fluido total en la entrada de la bomba, son utilizados para disear la velocidad
de rotacin de la BCP.
La tasa de desgaste, tanto de las varillas como de la TP, ser funcin directa de las
caractersticas del material de cada uno (especialmente de la dureza), las propiedades
del fluido (contenido de abrasivos), las cargas de contacto en cada punto de la tubera y
lgicamente, de la geometra del pozo.
En estudios realizados por el Centre For Energy Research Inc (C-FER) de Edmonton,
Canada, la tasa de desgaste de la tubera incrementa exponencialmente con respecto a la
produccin de arena contenida en el fluido producido, y linealmente con respecto a las
cargas de contacto distribuidas.
Figura 4.1 Posicin de la sarta de varillas con respecto a la tubera de produccin en un pozo
desviado. Ntese que existe un contacto entre ambos elementos debido a la curvatura del pozo.
Las varillas ms comunes utilizadas por el Sistema BCP, son las varillas succionadoras
o sucker rods, utilizadas tambin en el bombeo mecnico. Las varillas succionadoras
fueron diseadas originalmente para trabajar bajo esfuerzos alternativos, y no para
esfuerzos de torcin (torque).
Otro tipo de varillas utilizadas, por el Sistema BCP, son las varillas huecas (hollow rod),
que pueden ser del mismo tamao que las varillas succionadoras, pero sus conecciones
son internas, aparentando ser una varilla continua desde la superficie hasta el fondo;
tambin, existe la varilla continua, la cual es fabricada de manera continua y es hueca
por dentro, a diferencia de la sarta de varillas huecas, esta solo tiene dos conexiones:
una en la superficie con el eje del cabezal y otra con el rotor.
Las sucker rods son las varillas ms utilizadas debido a que ya se utilizaban antes con el
sistema de bombeo mecnico, que es el ms utilizado hasta ahora, y que eran la unica
opcin cuando empez a operar el Sistema BCP. Sin embargo, estas varillas no estaban
diseadas para soportar el desgaste con la TP ni los esfuerzos provocados por el torque
(requerido en una BCP) por lo que se fueron realizando modificaciones en las
conexiones y se reforzaron con materiales ms resistentes. Tambin se crearon
accesorios para minimizar el desgaste en las conexiones. Las varillas huecas y la varilla
continua son innovaciones utilizadas recientemente para minimizar el problema del
desgaste entre la sarta de varillas y la tubera de produccin.
CONVENCIONAL
Estas varillas miden 7.6m (25 pies) de longitud y algunas de sus caractersticas son las
siguientes:
Dimetro
nominal
(pulgadas)
3/
4
7/
8
1
11
Seccin de
las
varillas
2
(cm )
2.
85
3.
88
5.
07
Dimetro
nominal
(mm)
19
.0
22
.2
25
.4
Peso en el
aire
(Kg/m)
2.
37
3.
17
4.
20
Grad
o
Mni
mo
(en
psi)
Mxi
mo
(en
psi)
C
D
89,92
5
115,0
17
115,01
7
139,9
64
Figura 4.4 Las varillas convencionales han sido desarrolladas para trabajar bajo esfuerzos de
tensin alternados (bombeo mecnico) y no bajo esfuerzos de torsin (BCP).
8ED
D (Ec. 4.4)
De la nomenclatura anterior:
Fb:
P:
Pd:
Pi:
Aeff:
Aflow:
AROD:
E:
D:
Esfuerzos de flexin:
Los pozos normalmente no son rectos, tienen desviaciones. Estas desviaciones de la
vertical con mayor o menor grado de severidad tienen influencia en la magnitud del
torque operacional sobre la sarta. Son una funcin directa de la magnitud del esfuerzo y
sobre todo del radio de curvatura. La magnitud es muy difcil de predecir ya que
normalmente la existencia de estas irregularidades se desconoce, al menos en su
magnitud real.
Torque resistente mecnico Top:
El torque resistente mecnico operacional Top se defini en el captulo 3, ( Ec. 3.10):
-5
Top = 1.63VP10
-1
Donde:
Top::
V:
P:
3
d 1 s
8
T 0.65 10
Ln
1 (Ec. 4.5)
D d ln s f
Donde:
T: Torque resistente inducido por la viscosidad (en daNm)
f : Viscosidad del fluido en la admisin (en cp)
s : Viscosidad del fluido en superficie (en cp)
L:
Longitud de la tubera de produccin (en m)
n : Velocidad de rotacin (en rpm)
d:
Dimetro de la varilla (en cm)
D:
Dimetro interior de la tubera de produccin (en cm)
Fuerzas ascendentes de flujo Fa:
Estas fuerzas estn dirigidas en la direccin del flujo; actan sobre los coples ( fuerzas
ascendentes areales) y sobre el cuerpo de varillas (fuerzas ascendentes superficiales). Al
actuar sobre la sarta de varillas, estas fuerzas reducen significativamente la carga de
tensin de la misma. Figura 4.5.
Como en el caso de las prdidas de presin a lo largo de la TP, el efecto de las fuerzas
ascendentes depender bsicamente del rea transversal de flujo, la viscosidad del fluido
y el gasto de flujo. La viscosidad ser el parmetro ms crtico. Los cambios en el rea
de flujo incrementarn los valores de las fuerzas ascendentes.
En cuanto a las fuerzas ascendentes superficiales, stas se producen por la friccin entre
el fluido en movimiento y la cara externa tanto del cuerpo de la varilla, como de los
coples y dems accesorios. La magnitud de esta fuerza puede calcularse como:
Fsup
CLQDv
4
D D
ln
v
4
v
Dt
D
2
2
ln v Dt Dv
Dt
2
2
D D
v
v
t
D
2
Dv .(Ec. 4.7)
2Dv ln
Dt
Donde:
Fsup:
L:
Q:
:
Dv:
Dt:
C:
El esfuerzo total t que acta sobre la sarta de varillas es la resultante de los valores
obtenidos por el torque y la traccin o carga axial sobre la sarta de varillas, es decir:
C F 2
C
T
2
t 21 D 4 22 D 6
v
v
1/ 2
..(Ec. 4.10)
Donde:
t:
Dv:
F:
T:
C1:
C2:
La carga de contacto es definida como la fuerza ejercida sobre la sarta de varillas por
los efectos del contacto entre la sarta de varillas y la tubera de produccin (TP). La
carga de contacto depende del tipo de sarta de varillas (convencional o continua), de la
geometra del pozo, grado de desviacin, tensin de la sarta de varillas, y distribucin
del contacto entre la sarta de varillas y la TP. Las cargas de contacto consisten de las
cargas inducidas por la gravedad y aquellas inducidas por la curvatura.
Las cargas de contacto inducidas por la gravedad dependen del ngulo del pozo y la
tensin de la sarta. En algunos campos, la sarta de varillas de 1 pulgada; con resistencia
a la tensin grado D, varia entre 7,000 y 10,000 libras.
esfuerzo a nivel de las conexiones entre varillas. Una alternativa para minimizar el
desgaste tubera-varillas es la utilizacin de centralizadores.
Cople
Cople
o
o
o
o
o
Figura 4.10 Este grfico pone en evidencia que los esfuerzos laterales son muy importantes en
el origen de la desviacin y acaban siendo relativamente bajos cuando el ngulo de desviacin
es casi constante.
superficie, existen prdidas de carga por friccin a lo largo del anular, entre la tubera de
produccin y la sarta de varillas. Las conexiones entre las varillas (coples) y los
centralizadores reducen el rea del flujo en el anular lo que ocasiona incrementos extras
de presin.
Figura 4.11 Los coples y centralizadores son restricciones del flujo. Estas restricciones
provocan grandes prdidas de presin a lo largo de la tubera de produccin.
Para reducir las prdidas de presin a causa de las restricciones en los coples y
centralizadores, una alternativa es aumentar el rea transversal de flujo (por ejemplo,
utilizar tuberas de mayor dimetro); o tambin inyectar algn fluido diluente desde el
fondo de la tubera para reducir la viscosidad y la densidad del fluido.
Para calcular las prdidas de presin por efecto de friccin y restriccin de rea entre la
tubera y las varillas se han propuesto diversas correlaciones. A continuacin se
presentan dos correlaciones que pueden ser utilizadas (aparte de la ecuacin 3.11, en el
captulo 3).
friccin ( la min ar )
C Q L
D t D v
2 ( D t 2
Dv )
(Ec. 4.14)
friccin (turbulento
)
D
v
(Ec. 4.15)
Donde:
Pfriccin (laminar): Prdidas de presin por friccin en rgimen laminar (Kpa o psi)
Pfriccin (turbulento): Prdidas de presin por friccin en rgimen turbulento (Kpa o psi)
3
Q:
Gasto (m /dia o bbl/dia)
L:
Longitud de la tubera (metros o pies)
D:
Viscosidad del fluido (centipoises)
3
3
D:
Densidad del fluido (kg/m o lb/pie )
Dv:
Dimetro externo de las varillas (milmetros o pulgadas)
Dt:
Dimetro interno de la tubera de produccin-6 (milmetros o pulgadas)
C1:
Constante (mtrico: 471.6 o ingls: 7.96x10 -8)
C2:
Constante (mtrico: 16.1 o ingls: 4.317x10 )
Las ecuaciones anteriores, (Ecuaciones 4.14 y 4.15), suponen que los fluidos son
newtonianos y que la sarta de varillas se ubica sobre el eje vertical de la tubera de
produccin, es decir, supone un flujo anular concntrico. Esto no es del todo cierto por
lo que se tender a arrojar valores con cierto porcentaje de error.
Figura 4.12 Representacin grfica de la forma de obtener las longitudes equivalentes de los
componentes de una sarta de varillas.
Figura 4.13 Vista vertical de un pozo tpico del Campo Guando en Tolima, Colombia
El estudio arroj que las fallas ocurridas en el cuadrante de la varilla, representaron 53%
del total de fallas en la sarta, 42% fueron en la conexin (figura 4.14a). Estos datos se
obtuvieron de 34 pozos.
Para determinar las causas de las fallas en la sarta de varillas, se estudiaron los efectos
de la configuracin del pozo. Todas las fallas en el cuadrante de la varilla se
relacionaron con la configuracin del pozo, en donde se estaba expuesto a las cargas de
contacto. De las fallas ocurridas en el cuadrante, 57% ocurrieron en los puntos donde la
severidad de curvatura estaba entre 4/100 pies y 6/100pies, mientras que un 21% de
estas fallas ocurrieron entre los 2.5/100 pies y 4/100 pies. En la figura 4.14b) se
muestra la distribucin de fallas por severidad de curvatura.
Cople
3%
Conexin
42%
Cuadrante
53%
Cuerpo de la varilla
2%
2.5 a 4.0
21%
1.5 a 2.5
5%
0 a 1.5
4%
>8.0
3%
6.0 a 8.0
10%
4.0 a 6.0
57%
a)
b)
250 a 350
40%
50 a 150
19%
150 a 250
30%
La varilla continua es fabricada como una sola pieza con solo dos coples; uno en el
fondo, conectado al rotor, y otro en la superficie. Est disponible en dimetros de
13/16 (20.6 mm), 7/8 (22.2 mm), 1 (25.4 mm), y 11/8 (28.6 mm); en grados de
acero de 1536M (Carbn), 4120M (Cromo-Molibdeno) y 4330M (Nkel-CromoMolibdeno). La varilla es enrollada en un carrete para su conservacin y transporte. Las
sartas pueden tener una longitud de 9,000 metros o superior, segn el tamao del carrete
y los dimetros de la varilla.
El transporte y las operaciones para la varilla continua son similares a los realizados
con la tubera flexible, utilizada en los trabajos de perforacin, reparacin y
mantenimiento a pozos. Figura 4.16.
pozo. Con esto se logra distribuir la carga equitativamente a lo largo de toda la seccin
de contacto, como se muestra en la figura 4.17. Las fuerzas de contacto, en una varilla
continua, se reparten sobre una gran distancia y son por consiguiente mucho ms dbiles
por unidad de longitud.
Figura 4.17 Las cargas de contacto que con la varilla convencional estaban concentradas sobre
los coples, o centralizadores, en la varilla continua estas cargas se concentran a lo largo de la
seccin que est en contacto con la tubera.
Las cargas de contacto en la varilla continua se calculan con las siguientes ecuaciones:
Fcont(cont) = Fgrav (cont) + Fcurv (cont)............................................................(Ec.4.16)
Fgrav (cont) = CWrsen ...................................................... (Ec. 4.17)
Fcurv (cont): = FsartaCpozo(Ec. 4.18)
Donde:
Fcont(cont): Carga neta de contacto, en varilla continua (N/m o lbs/pie)
Fgrav (cont): Cargas de contacto inducidas por gravedad (N/m o lbs/pie)
Fcurv (cont): Cargas de contacto inducidas por curvatura (N/m o lbs/pie)
Wr:
Peso unitario de la varilla ( Kg/m o lb/pie)
:
ngulo de desviacin del pozo (rad)
C:
Constante (mtrico: 9.81, ingls: 1.0)
Fsarta:
Tensin de la sarta de varillas (N o lb)
Cpozo:
Curvatura del pozo (/30metros o /100pies)
Fcont ( dist
)
Llb
Donde:
Fcont (dist): Carga de contacto distribuida normalizada (N/m o lb/pie)
Fcont (std): Carga de contacto neta sobre el cople, en la varilla convencional (N o lb)
Llb:
Longitud del cople (centmetros o pulgadas)
2
C:
Constante (mtrico: 1.0x10 o ingls: 12.0)
La ecuacin 4.19 calcula las cargas de contacto distribuidas en los coples o
centralizadores para as poder comparar estas cargas con las cargas de contacto
distribuidas en la varilla continua.
Das
Poz Poz Poz Poz Poz Poz Poz Poz Poz Poz Poz Poz Poz Poz
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M N
Varilla convencional
Promedio varilla convencional
Varilla continua
Promedio varilla continua
Figura 4.21 Tiempo promedio entre fallas en ambos tipos de varillas (convencional y continua).
4.3
Para el clculo de la tasa de desgaste, el Centre For Energy Research Inc. (C-FER) de
Edmonton, Canada, estableci una correlacin emprica:
0.075YS
Wt = CX10
Fcont (dist)............................(Ec. 4.20)
Donde:
Wt:
Tasa de desgaste de la tubera (milmetros/Mmrevs o pulgadas/Mmrevs)
X,Y:
Coeficientes de desgaste del material
S:
Contenido de arena (%)
Fcont (dist): Carga de contacto distribuida (N/m o lb/pie)
-5
-3
C:
Constante (mtrico: 1.9548x10 o ingls: 7.2845x10 )
Los coeficiente X y Y de desgaste del material, se determinaron en funcin de la
susceptibilidad del mismo al desgaste por friccin. De all se obtuvo que en el caso del
acero ambos coeficientes tienen un valor de 1, mientras que el poliuretano (material
utilizado en varillas de fibra de vidrio, centralizadores estticos y otros accesorios) es de
X = 0.75 y Y = 0.90. Para otros materiales, el valor de estas variables debe ser
determinado en referencia al acero.
DE
LAS
VARILLAS
(CONVENCIONAL
En los costos de produccin del Sistema BCP los precios iniciales de las varillas no
siempre reflejan los costos verdaderos de produccin en cierto intervalo de tiempo ya
que, digamos en un ao, se pueden tener siete u ocho fallas en la sarta de varillas, lo que
provoca un incremento de egresos a causa de los costos en las reparaciones adems de
prdidas de produccin a causa de la inactividad del sistema (downtime).
En el caso de un pozo vertical o poco desviado, es de buen sentido colocar la bomba por
debajo del punto de burbuja que corresponde en numerosos casos al nivel de la zona
productora. Hay separacin casi automtica a nivel de la zona productora: el gas sube a
la superficie mientras que el crudo fluye hacia debajo de manera a ser absorbido por la
bomba.
CONCLUSIONES
La bomba de cavidades progresivas es una excelente opcin para bombear aceites
pesados (menores a 18 API), tambin es posible bombear fluidos con altos contenidos
de arena y gas, aunque esto implica una reduccin en la eficiencia de la bomba adems
de un dao progresivo del elastmero.
Por su simplicidad (solo dos partes: rotor y estator) es fcil de transportar y de dar
mantenimiento. Con un adecuado diseo, en el pozo de bombeo, el costo de inversin es
menor comparado con el sistema de bombeo mecnico y el sistema de bombeo
electrosumergible.
Por ser una bomba rotacional de desplazamiento positivo el gasto es uniforme, sin
pulsaciones, y es proporcional a la velocidad de rotacin, lo que facilita su medicin.
Se presentan varios problemas al operar este sistema en pozos desviados, los principales
son: el desgaste entre las varillas y la tubera de produccin y la presencia de gas en la
entrada de la bomba.
Otra alternativa para evitar el desgaste, es utilizar la varilla continua, la cual al no tener
coples distribuye las fuerzas de contacto a lo largo de toda la seccin en contacto con la
tubera de produccin. De esta manera se reducen las fuerzas de contacto y por
consiguiente el desgaste entre ambos elementos; sin embargo, la varilla continua es ms
dbil por unidad de longitud ya que tiene mayor rea en contacto.
Las fuerzas de contacto en una varilla continua se reparten sobre una gran distancia. En
el caso de la varilla convencional estas fuerzas se concentran sobre los coples o
centralizadores. Como el desgaste es directamente proporcional a las fuerzas de
contacto, es posible saber, al menos en forma terica, que las cargas aplicadas sobre la
varilla convencional son mayores que en la varilla continua.
La varilla continua ofrece otras ventajas como lo es la flexibilidad para operar en pozos
altamente desviados u horizontales, realizar limpiezas al pozo o hacer algn tipo de
pesca con el mismo equipo de varilla continua, se reducen las prdidas de presin, y
en consecuencia los requerimientos de potencia, debido a la ausencia de coples ya que
estos son restricciones al flujo.
RECOMENDACIONES
El uso de la varilla continua ofrece numerosas ventajas sobre la varilla convencional, sin
embargo se debe tener en cuenta que el costo de la varilla continua es mayor que el
costo de la sarta de varillas convencionales. Por la poca experiencia que se tiene con
este sistema, an no es posible hacer una afirmacin de que tipo de varilla
(convencional o continua) es la mejor alternativa para minimizar los costos de operacin
en aplicaciones a pozos desviados a lo largo de la explotacin del pozo.
101
APNDICE
Pozo # 1
Resultados de la simulacin:
Parmetros de la simulacin
Resultados de la
simulacin
Condiciones de operacin
Velocidad de la
bomba: Eficiencia de
la bomba: Gasto:
Viscosidad:
Contenido de
arena: Densidad
del fluido:
Presin en la cabeza de la tubera de
produccin: Presin en la cabeza de la tubera
de revestimiento: Nivel del fluido (medido
desde superficie):
Varilla
convencional
(sucker rod)
1 pg, grado D,
de cuello
Varilla
continua
(coiled
rod) 1pg,
grado D
120 RPM
85.0%
10.2
3
m /dia
15,000.0
cp 0.0%
3
970 kg/m
2
15 lb/pg
2
15 lb/pg
490 Vm
120 RPM
85.0%
10.2
3
m /dia
15,000.0
cp
0.0%
970
3
kg/m
2
15 lb/pg
2
15 lb/pg
490 Vm
685 lb/pg
2
1842 lb/pg
2
2542 lb/pg
2
2513 lb/pg
2
29 lb/pg
147.2 %Max
8560.1 lb
316.7 lbpie
7.24
hp
N/A
hp
12.64 cm
9.28 vueltas
0 mKB
39.2%
0 mKB
0.0%
Advertencias del
Configuracin del equipo
simulador:
Fabricante de la bomba (modelo):
Tipo de tubera de produccin:
Tipo de tubera de revestimiento:
685
2
lb/pg
598
2
lb/pg
1298
2
lb/pg
1269
2
lb/pg
2
29 lb/pg
74.3
%Max
6816.5 lb
230.3
lbpie
5.27
hp
N/A
hp
10.64 cm
6.81
vueltas
La bomba
BCP se
Highland/Corod (12-H-10)
73.0 mm x 9.67 kg/m (EUE)
139.7 mm x 23.07 kg/m
102
Pozo # 2
Resultados de la simulacin:
Parmetros de la simulacin
Resultados de la
simulacin
Condiciones de operacin
Velocidad de la
bomba: Eficiencia de
la bomba: Gasto:
Viscosidad:
Contenido de
arena: Densidad
del fluido:
Presin en la cabeza de la tubera de
produccin: Presin en la cabeza de la tubera
de revestimiento: Nivel del fluido (medido
desde superficie):
Resumen de las condiciones obtenidas de la simulacin
Presin
hidrosttica:
Prdidas de flujo:
Presin en la descarga de la bomba:
Diferencial de presin generada por la
bomba: Presin en la entrada de la bomba:
Presin con que est operando la bomba, respecto a su
capacidad mxima de levantamiento:
Carga sobre la varilla pulida:
Torque ejercido sobre la varilla
pulida: Potencia en la cabeza del
pozo :
Potencia entregada por el motor
primario: Elongacin de la sarta:
Rotacin de la sarta:
Varilla
convencional
(sucker rod)
1 pg, grado D,
de cuello
Varilla
continua
(coiled
rod) 1pg,
150 RPM
90.0%
41.9
3
m /dia
3,000.0
cp 0.0%
3
980 kg/m
2
50 lb/pg
2
50 lb/pg
900 Vm
150 RPM
90.0%
41.9
3
m /dia
3,000.0
cp 0.0%
980
3
kg/m
2
50 lb/pg
2
50 lb/pg
900 Vm
2
1380 lb/pg
2
3017 lb/pg
2
4448 lb/pg
2
4258 lb/pg
2
189 lb/pg
166.3 %Max
23335.6 lb
884.3 lbpie
25.27
hp
N/A
hp
75.69 cm
56.57 vueltas
0 mKB
109.1%
0 mKB
0.0%
Advertencias del
Configuracin del equipo
simulador:
Fabricante de la bomba (modelo):
Tipo de tubera de produccin:
Tipo de tubera de revestimiento:
Bomba BCP
sobrepresiona
da. Esfuerzo
Highland/Corod (18-N-31)
73.0 mm x 9.67 kg/m (EUE)
177.8 mm x 34.23 kg/m
1380
2
lb/pg
981
2
lb/pg
2411
2
lb/pg
2222
2
lb/pg
189
2
lb/pg
86.7
%Max
16817.1
lb
521.5
lbpie
14.91
hp
N/A
hp
55.26 cm
33.62
vueltas
Pozo # 3
Resultados de la simulacin:
Parmetros de la simulacin
Resultados de la
simulacin
Condiciones de operacin
Velocidad de la
bomba: Eficiencia de
la bomba: Gasto:
Viscosidad:
Contenido de
arena: Densidad
del fluido:
Presin en la cabeza de la tubera de
produccin: Presin en la cabeza de la tubera
de revestimiento: Nivel del fluido (medido
desde superficie):
Varilla
convencional
(sucker rod)
1 pg, grado D,
de cuello
Varilla
continua
(coiled
rod)
400 RPM
90.0%
3
396 m /dia
3.0
cp
0.0
%
3
980 kg/m
2
50 lb/pg
2
50 lb/pg
600 Vm
400
RPM
90.0%
396
3
m /dia
3.0
cp
0.0
%
980
3
kg/m
50
2
lb/pg
50
2
lb/pg
600 Vm
1377 lb/pg
2
277 lb/pg
2
1704 lb/pg
2
1097 lb/pg
2
608 lb/pg
96.3%Max
13621.2 lb
788.1 lbpie
60.07
hp
N/A
hp
32.88 cm
51.24 vueltas
-1 mKB
94.7%
0 mKB
0.0%
Advertencias del
Configuracin del equipo
Fabricante de la bomba (modelo):
Tipo de tubera de produccin:
Tipo de tubera de revestimiento:
Alta
Highland/Corod (18-H-110)
73.0 mm x 9.67 kg/m (EUE)
177.8 mm x 34.23 kg/m
1377 lb/pg
175
2
lb/pg
2
1602 lb/pg
995
2
lb/pg
608
2
lb/pg
87.4%Max
12480.6
lb
725.1
lbpie
55.26
hp
N/A
hp
34.2 cm
47.74
Como se puede apreciar, los resultados de los 3 pozos son similares. Analizando los
resultados en el pozo #1 se puede observar que para el caso donde se consider varilla
convencional de 1 pulgada, grado D, con coples de dimetro pequeo, la presin
2
diferencial en la bomba fue de 17,300 kpa (2,513 lb/pg ), con prdidas totales de
2
presin durante el flujo de 12,700 kpa (1,842 lb/pg ). La capacidad de levantamiento de
la bomba (pump pressure loading) indica que la BCP est trabajando arriba de su
capacidad mxima con 47.2%, el torque en la varilla pulida es de 316.7 lbpie
desarrollando una potencia de 7.24 hp en la cabeza del pozo.
En el mismo pozo, pero ahora con los datos obtenidos de la aplicacin con la varilla
continua (de una pulgada, grado D), arroj una presin diferencial en la bomba de 8,800
2
2
kpa (1,269 lb/pg ), con prdidas de presin totales en el flujo de 4,100 kpa (598 lb/pg ).
La capacidad de levantamiento de la bomba indica que la bomba est trabajando al
74.3% de su capacidad mxima, el torque en la varilla pulida es de 230.3 lbpie,
desarrollando una potencia de 5.27 hp en la cabeza del pozo. Comparada con el caso
anterior, se puede observar una gran diferencia en cuanto a la presin diferencial
desarrollada por la bomba.
De acuerdo a los resultados de las pruebas, con la varilla convencional es ms probable
que suceda una falla prematura en la bomba o bien, que resulte ms caro el
levantamiento de los fluidos a la superficie. La potencia neta en la varilla pulida es 27%
menor con la varilla continua en relacin con varilla convencional.
De acuerdo a los datos de las diferentes pruebas, la varilla continua puede ayudar a
reducir los costos de operacin en los sistemas BCP. Debido a la ausencia de coples, es
posible reducir de manera considerable las prdidas totales por friccin en el flujo de los
fluidos hacia la superficie, en pozos de aceite pesado y en pozos con alta produccin de
aceite. Conforme las prdidas de presin se incrementen, la carga dinmica total en la
bomba aumenta provocando fallas en la sarta de varillas y/o en la bomba; por tanto,
disminuyendo las prdidas de presin por friccin se reducen los costos de
mantenimiento. Tambin, cuando se reducen las prdidas de presin por friccin, se
reduce la potencia requerida por la bomba.
Los resultados de estas pruebas tienden a tener mayor credibilidad cuando son
soportados con datos actualizados de campo, hay que tomar en cuenta que los datos
provienen de un simulador para diseo de pozos con Sistema BCP y que los resultados
arrojados necesitan ser comparados con datos reales.
HB-Freno Hidrulico
MB-Freno Mecnico VB-Freno Visco
Velocidad
del motor
elctrico
NDH 020DH20
Modelo del
cabezal
1170
rpm
6 polos
60 HZ
880 rpm
8 polos
60 HZ
1470
rpm
4 polos
50 HZ
970 rpm
6 polos
50 HZ
1170
rpm
6 polos
60 HZ
880 rpm
8 polos
60 HZ
970 rpm
6 polos
50 HZ
740 rpm
8 polos
50 HZ
Dimetro de las
poleas
Mo
tor
93
107
124
140
163
185
214
107
124
140
163
185
214
270
85
93
107
124
140
163
93
107
124
140
163
185
214
240
117
137
158
180
117
137
158
180
117
137
158
180
117
137
158
180
Cabezal
670
670
670
670
670
670
670
670
Velocidad de
la
bomba
[rpm]
162
187
217
244
285
323
374
141
163
184
214
243
281
355
186
204
235
272
307
358
135
155
180
203
236
268
310
347
206
241
278
317
155
181
209
238
171
200
231
263
129
151
175
199
Modelo del
cabezal
Velocidad
del motor
elctrico
1770
rpm
4 Polos
60 HZ
1170
rpm
6 Polos
60 HZ
1470
rpm
4 Polos
50 HZ
970 rpm
6 Polos
50 HZ
Dimetro de las
poleas
Mo
tor
130
140
163
185
214
130
130
130
130
140
140
185
214
223
140
140
140
185
185
214
223
214
223
185
214
223
140
163
185
223
140
163
185
223
240
223
240
185
214
240
280
223
223
223
223
280
400
400
400
Cabe
zal
400
400
400
400
400
214
185
163
140
130
400
400
400
400
223
214
185
223
214
223
214
185
185
140
140
140
400
400
400
400
223
223
223
240
223
185
185
400
400
400
400
280
240
214
185
214
280
240
214
Velocidad de
la
bomba
[rpm]
1
1
12
14
15
28
20
24
37
31
86
10
10
12
12
14
15
17
19
29
21
23
26
37
30
35
16
10
1
13
15
27
20
23
36
30
34
87
18
10
1
13
15
17
29
2
24
37
31
5
Modelo del
cabezal
Velocidad
del motor
elctrico
1770 rpm
4
Pol
os
60
HZ
1170
rpm
6 Polos
60 HZ
1470
rpm
4 Polos
50 HZ
970 rpm
6 Polos
50 HZ
Dimetro de las
poleas
Mo
tor
124
140
163
185
223
124
140
163
185
140
185
223
240
280
163
163
185
163
223
240
223
240
140
163
185
223
240
140
140
163
185
223
240
185
223
240
140
163
185
185
223
240
223
223
223
Cabe
zal
475
475
475
475
475
223
223
223
223
163
560
560
560
560
280
240
240
185
240
223
185
185
475
475
475
475
475
240
223
223
223
240
223
475
475
475
240
240
240
223
240
223
185
163
140
Velocidad de
la
bomba
[rpm]
106
119
139
158
190
225
254
296
336
347
88
106
115
134
156
182
206
236
248
288
322
347
99
115
131
158
170
196
211
246
279
312
362
86
104
112
129
151
171
184
206
239
267
303
353
A.III
ST0.
2
ST0.
8
ST1.
1
ST1.
6
ST3.
2
ST4.
0
ST6.
2
ST4.
0
ST7.
0
ST1
0
ST1
4
ST1
6.4
ST2
5
ST3
3
ST6
2
ST7
8
ST1
45
Modelo
de
bomb
a
-Tipo
pared
regula
r
Dimet
ro
externo
del
estator.
[pg]
1.66
2 3/8
2 7/8
ST1
0
3 1/2
4
ST9
8
5
5 1/2
Mxima
presin
diferencial
2
[kg/cm ][PSI]
240-3413
240-3413
240-3413
240-3413
240-3413
240-3413
240-3413
240-3413
240-3413
240-3413
150-2134
240-3413
240-3413
240-3413
240-3413
150-2134
150-2134
150-2134
150-2134
Desplazamie
nto nominal
de la bomba
Mxi
ma
veloci
dad
[rp
m]
[m /d][bbl/d] a
100
rpm
0.2-1.3
0.8-5
1.1-7
1.6-10
3.2-20
4.0-25
6.2-39
4.0-25
7.0-44
10-63
10-63
14-88
16.4-103
25-157
33-208
62-390
78-491
98-617
145-912
30
00
14
00
10
00
65
0
60
0
35
0
DT4
.6
DT1
4
DT1
6
DT2
0
DT2
5
DT3
2
DT3
3
DT4
0
DT5
0
DT6
6
DT8
3
DT1
10
DT1
42
DT7
4
DT1
50
DT1
38
DT1
70
DT2
26
Modelo
de
bomb
a
-Tipo
pared
regula
r
Dimet
ro
externo
del
estator.
[pg]
1.66
2 3/8
2 7/8
3 1/2
DT4
0
4
DT8
3
4 1/2
5
Mxima
presin
diferencial
2
[kg/cm ][PSI]
240-3413
240-3413
240-3413
240-3413
240-3413
240-3413
300-4287
200-2845
150-2134
240-3413
240-3413
200-2845
200-2845
150-2134
120-1707
240-3413
150-2134
200-2845
180-2580
120-1707
Desplazamie
nto nominal
de la bomba
3
[m /d][bbl/d] a
100
rpm
4.6-29
14-88
16-101
20-126
25-157
32-201
33-208
40-252
40-252
50-314
66-415
88-532
83-522
110-692
142-893
74-465
150-943
138-868
170-1069
226-1421
Mxi
ma
veloci
dad
[rpm]
1400
700
50
0
40
0
35
0
26
0
21
5
A.IV
1.- Entrar con un gasto en el eje de las abscisas y subir verticalmente hasta cruzar la
curva con el tamao del dimetro de la varilla seleccionada;
2.- Trazar una lnea horizontal, a partir de la interseccin, para encontrar el factor de
2
friccin, el cual est dado en unidades de presin [kg/cm ], profundidad del equipo [m],
2
y viscosidad del fluido [cP]: [(kg/cm /m/cP)];
3.- Para encontrar las prdidas totales por friccin, multiplicar el factor de friccin,
obtenido en el paso 2, por la profundidad de la bomba [m] y por la viscosidad del fluido
2
[cP]. Las prdidas de presin calculadas estn dadas en [kg/cm ].
Las presentes tablas estn hechas para diferentes dimetros de tubera de produccin (2
3/8, 2 7/8, 31/2, 4, 4 1/2) y para diferentes dimetros de varilla de succin de tipo
convencional (sucker rods), como por ejemplo (5/8, 3/4, 7/8, 1, etc).
Ejemplo : Estimar las prdidas de presin por friccin en un sistema de bombeo por
cavidades progresivas. Se tiene una tubera de produccin de 3 1/2 y se est operando
con una sarta de varillas de 1 1/8. Las condiciones de operacin son las siguientes:
Profundidad de la bomba:
Gasto:
Viscosidad del fluido:
1000[m]
3
90[m /D]
210[cp]
Solucin:
3
Pfriccin = 10 [kg/cm ]
Factor de friccin
Dimetros: TP de 2.3/8 x 5/8, 3/4 en la varilla convencional
Gasto (m3/d)
Factor de friccin
Dimetros: TP de 2.7/8 x 5/8, 3/4, 7/8 en la varilla convencional
Gasto (m3/d)
Factor de friccin
Dimetros: TP de 3.1/2 x 5/8, 3/4, 7/8, 1, 1.1/8 en la varilla convencional
Gasto (m3/d)
Factor de friccin
Dimetros: TP de 4 x 7/8, 1, 1.1/8 en la varilla convencional
Gasto (m3/d)
Factor de friccin
Dimetros: TP de 4.1/2 x 7/8, 1, 1.1/8 en la varilla convencional
GastoGasto
[m /d] (m3/d)
Como cada cople mide 0.1016m, la longitud equivalente de los coples es:
Leq(cople) = 0.1016m x 92 = 9.347m
y la longitud equivalente de las varillas es:
Leq (varillas) = 700m 9.347m = 690.652m
Para calcular el rgimen de flujo utilizamos la siguiente ecuacin:
Nre(anular)
CQ
(Dt Dv)
Nre(anular)
P
1
.(4.14)
friccin ( la min ar )
2
2
2
D
D t v ( D t D v )
Donde C1=471.6
Sustituyendo valores se tiene:
3
( cople )
friccin
76
50 .8 mm
mm
x 9 .347
m
2 x (( 76 mm )
(var illa )
friccin
76
25 .4 mm
mm
x 10000 cp
(50 .8 mm ) )
x 690 .652
m
2 x (( 76 mm )
=241kPa
x 10000 cp
2
( 25 .4 mm ) )
=2759kPa
.)
76
mm
x 700
m
x 10000 cp
25 .4 mm x (( 76 mm (25 .4 mm ) )
2
)
2
=2797kPa
Como se puede observar, las prdidas de presin debidas a la friccin, son mayores en
la varilla convencional que en la varilla continua, esto repercute directamente en los
requisitos de potencia del motor en la superficie, y a su vez, en los costos de produccin
del sistema.
Para calcular la potencia total requerida por la bomba en ambos tipos de varillas,
necesitamos calcular las cadas de presin totales a lo largo de la tubera para cada tipo
de varilla, es decir:
Ptotal=Pf+ Pe
3
Como la presin debida a la elevacin es la misma para ambos tipos de varilla y las
prdidas debidas a la friccin ya se calcularon enteriormente, las prdidas totales para
cada tipo de varilla se obtienen como sigue:
Ptotal(v. convencional) = 3001kPa + 5493kPpa = 8495kPa
Ptotal(v. continua) =2797kPa + 5493kPa = 8290kPa
14
donde C=0.111 ;
CTN
.(2.1)
Ejemplo 2
Comparar las magnitudes de las fuerzas de contacto de las varillas, convencional y
continua, en un pozo cuyos datos se mencionan a continuacin.
Pozo AH1N1
Tensin en la sarta de varillas:
13,344N
Espaciamiento entre los coples:
7.6m
Curvatura del pozo:
7/30m
Peso unitario de la varilla convencional: 4.0 kg/m
Peso unitario de la varilla continua:
4.0 kg/m
ngulo de desviacin del pozo:
25
Longitud del cople:
10cm
REFERENCIAS
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Selecting Artificial-Lift Methods; SPE 24834; December 1993.
2.- Kennneth D. Oglesby; Fourteen Years of Progressing Cavity Pumps in a Southern
Oklahoma Waterflood; SPE 80919; March 2003.
3.- Desheng Zhou, Hong Yuan; Design of Progressive Cavity Pump Wells; SPE
113324; April 2008.
4.- K.J. Saveth, S.T. Klein; The Progressing Cavity Pump: Principle and Capabilities;
SPE 18873; March 1989.
5.- D.W. Wright, R.L. Adair; Progressive Cavity Pumps Deliver Highest Mechanical
Efficiency/Lowest Operating Cost in Mature Permian Basin Waterflood; SPE 25417;
March 2003.
6.- R.A.R. Mills, R. Gaymard; New Applications for Wellbore Progressing Cavity
Pumps; SPE 35541; March de 1996.
7.- L.J. Dunn, C.M. Matthews, T.A. Zahacy; Progressing Cavity Pumping System
Applications in Heavy Oil Production; SPE 30271; June 1995.
8.- Elio Antonio Uzcategui, Hebert Ramn Vzquez; An Improved Method for Heavy
Oil Fields Production and Cost Optimization; SPE 21127; October 1990.
9.- S.G. Noonan; The Progressing Cavity Pump Operating Envelope: You Cannot
Expand What You Dont Understand; SPE 117521; October 2008.
10.- F.J.S. Alhanati, P. Skoczylas; PCP Axial Load: Theory and Lab Results. SPE
90103; September 2004.
11.- D.N. Zurita, F.J. Abella, S. Luongo, J.C. Maino Use of Coiled-Tubing on
Production Wells Located in the San Jorge Basin; SPE 69409; March 2001.
12.- H. Ariza, C. Rojas, V. Rivera, F. Torres; Decreasing Well Downtime in Guando Oil
Field by Using Continuous Sucker Rod; SPE 102744; September 2006.
13.- D.J. Wiltse, B.A. Weir; Eliminating Sucker Rod Couplings Can Reduce
Progressing Cavity Pump Operating Costs; SPE 30275; June 1995.