Bombeo de varilla de bombeo no convencional para pozos de orificio

delgado
Resumen
Los pozos de orificio delgado generalmente están asociados con problemas de
eficiencia de elevación, especialmente cuando se completan con un diámetro muy
reducido, lo cual es habitual en campos marginales para disminuir los costos y
mejorar la rentabilidad.
El objetivo de este trabajo es dar una idea de los resultados obtenidos utilizando
un bombeo de varilla de bombeo no convencional en pozos de bombeo de 2.7 / 8
"de diámetro. La característica principal del sistema es el reemplazo de las varillas
de bombeo por un tubo maccarroni de 1 ”, que corresponde al émbolo de la
bomba y dirige el flujo hacia la superficie. La tarea más importante era calcular la
acción de bombeo adecuada para tener un riesgo mínimo para el pozo.
Lo mismo se considera en la modificación del equipo del subsuelo (bomba de
varilla de bombeo y maccarroni), varilla pulida y caja de relleno.
Introducción
El desafío de producir los pozos revestidos con un diámetro muy reducido (2.7 / 8
") resultó eficazmente en el uso de maccarroni de 1" en sustitución de las varillas
de bombeo para transmitir el movimiento de bombeo de la superficie y la energía a
la bomba subsuperficial, que al mismo tiempo funciona como tubería en pozo poco
profundo de baja producción.
Maccarroni se ha utilizado en la industria durante muchos años, principalmente
para producir desde los pozos de baja producción con diferentes tipos de sistemas
de elevación intermitente de gas, tales como: Cruzado, Snorkel y Paralelo.
La tarea más importante fue diseñar la forma apropiada de bombeo que asegure
el menor riesgo de pesca para el pozo, la misma que considera básicamente la
modificación del equipo subsuperficial (la bomba subsuperficial y la tubería de 1 ”),
la barra pulida y la caja de relleno.
Este diseño innovador esbozado en 1998, ante la necesidad de producir cinco (5)
pozos de pozo delgado de manera eficiente. Los pozos se completaron en 1996 y
se pusieron en producción con un elevador de gas convencional (sin
empaquetador) con una presión de 280 psig. Sin embargo, la presión de flujo del
depósito disminuye continuamente de 300 a 200 psig, luego la presión del gas
inyectado contrarrestó el drenaje de fluidos del depósito, hasta el punto de que los
pozos se cargaron y dejaron de producir.
Este diseño permite producir pozos de diámetro reducido a menor costo en
comparación con los pozos de diámetros superiores equipados con varillas de
bombeo y tubos de 2 3/8 ”.
 Discusión
Selección de equipamiento
Como se muestra en la figura 1, se ven las siguientes innovaciones:
Equipo subsuperficial: El tipo de bombas de varilla de bombeo subsuperficial
preferidas es RWTP como se indica en la Tabla 1, aunque los tipos RWBP,
RWAP; Se podrían utilizar RHAP y RHBP con las conexiones apropiadas,
incluidas innovaciones importantes:
- El sellador de las bombas se reemplaza por un ancla de compresión, que es
responsable de mantener presionada la bomba a la profundidad deseada.
- Las barras de guía en la parte superior del barril se reemplazan por un conector
entre el barril de trabajo y el tubo maccarroni.
- Las varillas de bombeo se reemplazan por maccarroni de 1 "o 1 ¼".
Equipos de superficie: se han introducido las siguientes innovaciones en
comparación con las instalaciones estándar:
- En lugar de la barra pulida convencional, se usa el mismo tubo maccarroni con
un revestimiento de barra pulida para protegerlo.
- El uso de una manguera de alta presión para conectar el extremo superior del
maccarroni a la línea de flujo.
Cálculos
De acuerdo con la configuración para el equipo subsuperficial en la Figura 1 y los
siguientes datos técnicos, el diseño se realiza de acuerdo con el procedimiento de
cálculo del factor de aceleración, como se muestra:
Datos:
- Tubo J 55 Maccarroni:
 Diámetro nominal = 1 ¼ pulg.
 Diámetro interno = 1.38 in.
 Diámetro externo = 1.66 pulg.
 Área de sección transversal de maccarroni = 0.66853 in2.
 Diámetro externo del acoplamiento = 2.20 pulg.
 Peso por pie = 2.40 lbs / ft
 Capacidad de maccarroni = 1.85 bls / 1000 pies
 Fuerza de rendimiento conjunta (maccarroni 'NU'): 31950 lbs

- Profundidad del pozo = 1500 pies

- Profundidad de la bomba subsuperficial = 1200 pies
- Producción esperada = 45 bls / día
Cálculos: Para la unidad de bombeo API 80-133-54, trabajando con 54 y 8 spm y
bomba de varilla de 1 ¼ ", con el procedimiento del Apéndice tenemos:

- Producción esperada:
 PD = 0.146 * 8 * 54 = 63 bpd
- Cargas y Torque:
 FT = 26,45
  c = 24”
  h = 74.5"
 A max-a = 0.06481 * g
 A max-d = 0.03323 * g
 WMACCARRONI = 2.4 * 1200 = 2880 libras
 WFLUID = (1.05 * 8.33) * (1.85 * 1200 * 42/1000) = 815.5 lb
Luego:
 PPRL = (2880 + 815) * (1 + 0.06481) = 3935 libras
 MPRL = 2880 * (1 - 0.03323) = 2784 libras
 CBE = (3935 + 2784) / 2 = 3359 libras
 TORQUE = (3935 - 3359) * 26.45 = 15208 in-lbs

- Tensión máxima (SA):

 Smin = 2784 / 0.66853 = 4164 psi
 Smax = 3935 / 0.66853 = 5886 psi
 SA = (0.25 * 31950 + 0.5625 * 4164) = 10330 psi

Al comparar los dos últimos resultados, se ve que Smax <SA, por lo tanto, el
estrés está dentro del rango permitido de estrés.
 Si los valores obtenidos excedieron los valores permitidos por la unidad de
bombeo (Torque = 80,000 pulgadas-lb; PPRL = 13300 lbs) y la producción
requerida fue diferente a la deseada, se realiza otro cálculo cambiando las
condiciones de operación de la unidad de bombeo, para ejemplo, si cambiamos a
un trazo más pequeño (con 45 pulgadas en este caso), los nuevos valores de las
variables serían:

- Producción esperada:
 PD = 0.146 * 45 * 8 = 53 bls / día
- Cargas y Torque:
 FT = 22.218
c = 20"
  h = 74.5"
  A max-a = 0.05182 * g
  A max-d = 0.02988 * g
  WMACCARRONI = 2.4 * 1200 = 2880 libras
  WFLUID = (1.05 * 8.33) * (1.85 * 1200 *
42/1000) = 815.5 lb
  Luego:
  PPRL = (2880 + 815) * (1 + 0.05182) =
3886 libras
  MPRL = 2880 * (1 - 0.02988) = 2794 libras
  CBE = (3886 + 2794) / 2 = 3340 libras
  PAR = 3886-3340 * 22.218 = 12131 in-lbs

- Tensión máxima (SA):

  Smin = 2794 / 0.66853 = 4179 psi
Smax = 3886 / 0.66853 = 5812 psi
  SA = (0.25 * 31950 + 0.5625 * 4179) = 10338 psi

Siguiendo el procedimiento de Goodman modificado, la profundidad máxima a la

que se puede utilizar este sistema (debido a J-55 maccarroni Yield Strenght), se
muestra en las tablas A y B (2500 'para 1.1 / 4 y 1900' para 1 "):
 Secuencia de instalación
Este sistema implica una nueva metodología para la instalación y producción de
pozos, como cuando se ejecuta la bomba RWBP:
1. Conecta el tubo de inmersión al ancla de compresión, que también actúa
como sellador de la bomba, que es del tipo hueco modificado. El barril lleva
en su parte superior un tubo de tracción modificado de "válvula hueca".
2. Coloca esta unidad en el pozo sosteniéndola con un agarre de maniobra.
3. Conecte el tubo de extracción de la válvula hueca con el maccarroni con un
crossover adecuado (API parte C13-175)
4. Baje la bomba de subsuelo y el maccarroni con cuidado.
5. Cuando alcance la profundidad deseada, sostenga el maccarroni con un
agarre de fricción y córtelo según sea necesario y prepare el hilo.
6. Coloque la pieza de maccarroni con la barra de revestimiento, ubicando
esta última en el área de ejecución. Ajusta apropiadamente.
7. Espacie las bombas y cargue el ancla de compresión, coloque la
abrazadera de la varilla pulida, el dispositivo dinamómetro y finalmente
sostenga toda la cadena de bombeo por la barra portadora de la unidad de
bombeo.
8. Coloque una manguera flexible en el extremo superior del maccarroni, por
medio de codos y cruce (Figura 1).
9. Conecta el otro extremo de la manguera al múltiple de producción.
10. Poner el pozo en funcionamiento.
Ventajas y desventajas
Ventajas:
· La principal ventaja es producir el pozo a su máxima capacidad, combinando las
capacidades de bombeo de vigas asegurando la mayor extracción posible para
obtener las máximas tasas de producción.
· Utiliza el mismo equipo de superficie (unidad de bombeo y motor primario) que
los de bombeo de varillas.
Desventajas
· Menos espacio en el anillo provoca una acumulación más rápida de parafinas.
· Se requiere precisión para cargar el ancla y una operación incorrecta podría
descargarlo.
· La fricción de los acoplamientos de maccarroni podría causar desgaste
prematuro y roturas tanto de maccarroni como de la carcasa, y problemas de
pesca.
 Resultados
Este sistema de elevación:
- Ha resuelto con éxito el problema de la producción en pozos poco profundos y de
bajo diámetro, lo que permite un costo mucho menor para la construcción del pozo
(10 frente a 7 al comparar 9 5/8 - 5 ½ con pozos delgados de 5 ½ - 2 7/8 pozos).
- Mejore la eficiencia operativa en comparación con el levantamiento artificial de
agujero delgado anterior de 8 a 38 bpd (250%).
- Permitió recuperar 24,500 bbls en el primer año y esperar 128,400 bls hasta
alcanzar el límite económico.
- Reducción significativa de los trabajos de extracción, reduciendo así
Costos operativos.
- Han estado en funcionamiento durante más de 26 meses sin
interrupciones

Conclusiones
1. Se ha probado una alternativa al bombeo de varillas para producir pozos de
27/8 ”de orificio delgado, que básicamente modifican el equipo subsuperficial, la
varilla pulida y la caja de relleno.
2. Los tubos y las varillas de bombeo se reemplazan por maccarroni de 1 ”, siendo
el sistema adecuado para reactivar campos marginales con pozos de agujeros
delgados a bajo costo.
3. Se ha desarrollado una nueva metodología de trabajo para un funcionamiento
óptimo.
4. Se recomiendan bombas de varilla de bombeo tipo RWTP. Si se espera gas
libre, se pueden usar otras bombas con émbolo móvil y separador de gas
apropiado.

Nomenclatura
A max-a = aceleración máxima ascendente, pies / seg.
A max-d = aceleración máxima hacia abajo, pies / seg.
Ap = área de la sección transversal del émbolo, in2
Atm = área de la sección transversal de los maccarroni, in2
c = Longitud de la manivela, en
CBE = efecto del contrapeso, lb
FS = factor de servicio
g = aceleración por gravedad = 32.2. ft / sec2
Gw = gravedad específica del agua producida
h = longitud del brazo (pitman), en
K = constante
L = profundidad de la bomba, pies
Lm = longitud maccarroni, ft
MPRL = carga mínima de varilla pulida, lb
N = velocidad de bombeo, spm
wm = peso de maccarroni para pie lb / ft
WMACCARRONI = peso total de la cuerda maccarroni, lb
WFLUID = peso del fluido producido
PD = producción esperada, bpd
PPRL = carga máxima de la barra pulida, lb
FT = factor de par.
SA = tensión máxima permitida, psi.
Smax = estrés máximo, psi
Smin = tensión mínima, psi
Sp = carrera efectiva del émbolo, en
T = resistencia a la tracción mínima, psi
Torque = par reductor, en -lb
Vm = capacidad de maccarroni (bl / 1000 pies lineales)
ASA = Rango de tensión máximo permitido, psi

Apéndice - Diseño del sistema

De acuerdo con la Figura 1, el diseño se realiza a partir del procedimiento del
factor de aceleración, como se muestra:
Datos
- Tubo Maccarroni:
 Diámetro nominal: 1 ¼ de pulgada
 Diámetro interno: 1.38 pulgadas
 Diámetro externo: 1,66 pulgadas
 Área transversal - maccarroni: 0.66853 pulgadas2
 Diámetro externo de la pareja: 2.20 pulgadas
 Peso por pie: 2.40 lbs / ft
 Capacidad: 1.85 bls / 1000 ft
 Grado: J - 55
 Fuerza de rendimiento conjunta (maccarroni 'NU'): 21360 lbs

- Profundidad del pozo: 1500 pies

- Profundidad del ancla: 1200 pies.
- Producción esperada: 45 bls / día

Procedimiento de calculo:
- Producción esperada:
 PD = 0.1484 Ap * Sp * N. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (A-1)
 Dónde:
 0.1484 = Factor de conversión constante

Normalmente, la ecuación anterior se usa con una constante "K" que involucra Ap,
80% de "S" y el factor de conversión.
Luego, la ecuación cambia a:
PD = K * S * N. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (A-2)

- Carga máxima en la parte superior de la cadena del tubo maccarroni (PPRL) es:
 PPRL = WMACCARRONI + WFLUID + (WMACCARRONI + WFLUID) * A max-a / g. . .(A-3)
 Dónde :
 WMACCARRONI = wm * Lm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (A4)
 WFLUID = Gw * 8.33 lb / gal * Vm * Lm * 42 gal / bl. . (A-5)
A max-a = (S * .N2 / 70500) * (1+ c / h) * g. . . . (A-6)

- La carga mínima (MPRL) en la parte superior de la cadena del tubo maccarroni

es:
  MPRL = WMACCARRONI + (WMACCARRONI) * A máx-d / g …… (A-7)
  Dónde :
  A max-d = (S * .N2 / 70500) * (1 - c / h) * g. . . . . (A-8)

· Efecto del contrapeso, es:

  CBE = (PPRL + MPRL) / 2. . . . . . . . . ... . . . . (A-9)

Torque máximo en el reductor de engranajes:

   Torque = (PPRL - CBE) * F.T.90 °. . . . . . . . . (A-10)

Máximo estrés:
La tubería Maccarroni está sujeta a un trabajo continuo de cargas variables y
recurrentes. Para definir si el rango de tensión está por debajo de la tensión
máxima disponible del diagrama modificado de Goodman,
  SA = (0.25 * T + 0.5625 * Smin) * FS. . . . . . . . (A-11)