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Diseño, Diagnostico, Optimizacion, Instalacion y Analisis de Fallas de Sistemas PCP Hupecol
Diseño, Diagnostico, Optimizacion, Instalacion y Analisis de Fallas de Sistemas PCP Hupecol
Diseño, Diagnostico, Optimizacion, Instalacion y Analisis de Fallas de Sistemas PCP Hupecol
20 DE MARZO DE 2013
AGENDA
PRIMERA SESION:
• GENERALIDADES
• Break
• CONSIDERACIONES DE DISEÑO
SEGUNDA SESION:
• Break
• CONCLUSIONES
COND VALORES BMH PCP PL BH ESP GL
BFPD 200 - 500 OK OK +/- +/- +/- - +/-
GOR 10 OK OK NO OK OK NO
CSG 7 OK OK OK OK OK OK
TBG 3 1/2 OK OK NO OK OK NO
API 12 - 16 OK OK OK OK OK OK
ARENA 0,10% +/- OK OK +/- +/- +/-
PTO BBUJA 10 PSI +/- OK OK OK +/- OK
BHT 230°F OK OK OK OK +/- OK
VISC SUP 15.000 – 40.000 CP OK OK ++/- +/- OK +/-
PERF 8.800 FT OK OK +/- OK OK OK
PIP 500 ft SUM OK OK OK +/- NO OK
8. Pobre manejo de gas libre en el Intake de la bomba, no mas del 10% en volumen del
fluido de producción.
BOMBEO MECANICO: VENTAJAS DEL ALS
1. Puede cambiarse fácilmente la tasa de producción cambiando la velocidad de
bombeo o la longitud de la carrera.
2. No puede usarse costa afuera por el tamaño del equipo de superficie y la limitación
en la capacidad de producción comparado con otros métodos.
5. Las tasas de producción caen rápido con profundidad comparada con otros métodos
de levantamiento artificial.
6. Baja eficiencia del sistema cuando existe alto contenido de gas libre.
7. Tendencia del estator a dañarse si trabaja en seco, aún por períodos cortos.
Rodamientos
Estator
Tubería
Elastómero
Rotor
COMPONENTES
DESCRIPCIÓN DE COMPONENTES
ESTATOR: Carcasa de acero revestida
internamente por un elastómero
(goma), moldeado en forma de hélices
enfrentadas entre sí.
Altura de descarga (head). La altura de descarga o head de la bomba, es la capacidad de la misma para
vencer la presión hidrostática y la fricción de manera de transportar los fluidos hasta las instalaciones
de superficie.
Cada etapa genera una presión diferencial en sus extremos, entre una cavidad y la siguiente de modo
que la presión diferencial se incrementa de una etapa a la siguiente dentro de la bomba; por esta razón,
la presión (o altura) de descarga es proporcional al número de etapas.
TIPOS DE ELASTÓMEROS
Limitaciones en su aplicación.
Fluidos Manejados: Presencia de agentes
físicos y químicos:
- Gravedad especifica (ºAPI) - Presencia de arena (abrasión).
- Corte de Agua. - Solventes
aromáticos.
- Relación Gas/Liquido - Presencia de CO2
COMPONENTES
VARILLAS DE BOMBEO: Son varillas de Acero enroscadas unas con otras por
medio de Couplings, formando una sarta que va desde la bomba hasta la
superficie. Los diámetros máximos utilizados están limitados por el diámetro
del Tubing.
PIN
ROSCA
ALIVIADOR DE CUERPO
TENSIONES
COMPONENTES
Coupling
Concentración de (CPLG)
agentes corrosivos Distancia
Concentración de
agentes corrosivos
Concentración de
agentes corrosivos
ACCESORIOS
- Varilla inyectada
- Centralizadores
- Jack Coupling
- Composite BOP
COMPONENTES
– Resortes en el Elevador
– Ganchos
ACOPLES DE VARILLAS
• Coupling Clase T: Utilizado en donde
ni corrosión ni abrasión es esperado.
SHEAR COUPLING
• El Shear Coupling es ubicado en la sarta con el fin de
liberar la sarta en caso de atascamiento . Este
elemento evita el procedimiento de back-off
• Como calcular la tensión para liberar:
1. Calcular el peso de la sarta de varillas
2. Calcular el overpull necesario para liberar
3. Tensionar la sarta
COMPONENTES
Produccion
Tuberia de
En algunos casos cuando el volumen de gas libre a la
entrada de la bomba es considerable (aun utilizando Gas
(bomba)
Estator
un separador de gas) se hace necesario el uso de un
“Tail Joint” (también conocida como cola) la cual
consiste en instalar tubería, generalmente tubería de
producción, desde el separador de gas hasta la mayor
Separador
de Gas
profundidad posible, preferiblemente por debajo de la
base de la arena productora.
El propósito es simular la separación natural de gas,
Productoras
en la cual por diferencia de densidades este tiende a
Arenas
subir por el espacio anular hacia el venteo o la línea
de producción y los líquidos entrarían por la cola
hacia la bomba. Liquido
COMPONENTES
ROTADOR DE TUBERIA:
existen manuales y automatizados, su función
principal es que el desgaste en el cuerpo interno
de la tubería con la varilla sea uniforme,
manejando un tiempo o frecuencia de rotación.
SWIVEL:
equipo auxiliar al rotador de tubería, que se
instala encima de la PCP, y su función principal es
rotar la tubería, sin girar la PCP.
COMPONENTES
MOTOR ELECTRICO
COMPONENTES
STUFFING BOX
COMPONENTES
VARIADOR DE FRECUENCIA
COMPONENTES
PRUEBA DE EFICIENCIA
Prueba hidrostática que busca
determinar la eficiencia volumétrica de
cada bomba PCP. Con el fin de estimar
el comportamiento en el pozo.
I. INFORMACION DE LA PCP
MODELO 30 1300 FABRICANTE PCM COND PCP NUEVA TALLA DE ROTOR W07 TORQUE MOTOR TORQUE GEAR
DEZPLAZAMIENTO (m3/D/RPM) 30 CABEZA (m) 1300 375,1428571 2873,594286
ELASTOMERO 159 DESPL NOM BFD/RPM 0,38 CABEZA NOM PSI 1846,31 SN ROTOR: AK332
NUMERO ELEMENTOS ESTATOR 2,00 SN ESTATOR LDA 434 LDC 157
RPM BFPD / RPM BFPD HEAD (PSI) % EF VOL % EF NOM TIEMPO (SEG) TORQUE LB X FT % TORQUE
300 0,34 102,95 0 100,00% 90,93% 42,23 101 3,5%
300 0,34 102,66 435 99,72% 90,67% 42,35 109 3,8%
300 0,34 101,44 942 98,53% 89,59% 42,86 118 4,1%
300 0,33 99,42 1450 96,57% 87,81% 43,73 129 4,5%
300 0,32 95,32 1740 92,59% 84,19% 45,61 144 5,0%
TEST BENCH
90.00% 87.98%
492 500
80.00%
74.35%
70.00%
% EFICIENCIA VOL
391 400
TORQUE LB X FT
60.00% 56.09%
319
50.00% 300
40.00% 252
200
30.00%
20.00%
100
10.00%
0.00% 0.00% 0
0 720 1440 2100 2840
CABEZA DE LEVANTAMIENTO (PSI)
% EFICIENCIA NOMINAL TORQUE LB X FT
ANALSIS DE FALLA
• Metodología Experimental
Diámetro: 20 mm
Espesor: 7 mm
ANALSIS DE FALLA
• Análisis de Resultados:
ANALSIS DE FALLA
VOLVER
LECCIONES APRENDIDAS EN MANEJO DE CRUDOS PESADOS
INYECCION DE FLUIDO EN SUPERFICIE
VOLVER
LECCIONES APRENDIDAS EN MANEJO DE CRUDOS PESADOS
VOLVER
LECCIONES APRENDIDAS EN MANEJO DE CRUDOS PESADOS
CALENTADORES DE LINEA EN SUPERFICIE
VOLVER
LECCIONES APRENDIDAS EN MANEJO DE CRUDOS PESADOS
SELECCIÓN DEL AJUSTE DEL ROTOR POR APLICACION
VOLVER
LECCIONES APRENDIDAS EN MANEJO DE CRUDOS PESADOS
IMPACTO DE LA VISCOCIDAD EN EL TORQUE
VOLVER
LECCIONES APRENDIDAS
THP
NE
ND
PCliq
C = (1.736/10.000) C =1
Lrs = Peso o tensión que soporta la varilla Wr = Peso unitario varilla (lbs/ft).
Lcs = Distancia entre coupling. Lcs = Distancia entre coupling.
DLS = Dogleg Severity Θ = Desviación del pozo
DISEÑO SISTEMA PCP
• Break
• Almuerzo
• CONCLUSIONES
INSTALACION SISTEMA PCP
TUBERÍA DE PRODUCCIÓN
e. Apretar todas las conexiones
f. Medir y calibrar toda la tubería
g. Si se requiere, probar la tubería cada 10 tubos.
h. Fijar el Ancla de Torque, bridas de superficie y “Te” de producción
MANIOBRAS DE ESPACIAMIENTO
El espaciamiento del rotor es quizás la maniobra mas importante durante la
instalación de los sistemas PCP. Un Rotor mal espaciado
dará origen a pérdidas de eficiencia o a deterioro y destrucción del
Estator (Elastómero).
Varillas
Tub. de Prod.
Estator Rotor
Niple de Paro
Accesorios
INSTALACION SISTEMA PCP
PUESTA EN MARCHA
a. Arrancar el sistema a baja velocidad (utilizar rampas de
aceleración).
OPTIMIZACION
En general se espera que al incrementar la tasa de producción, baje el nivel de
fluido y se incremente la presión de cabezal, el torque y la potencia (y
viceversa); no obstante, hay situaciones donde se requiere de un análisis mas
profundo para entender lo que ocurre en el sistema.
Ejemplo, un pozo sin producción que al arrancarlo presente alto torque (o alto
consumo de corriente) significa atascamiento en el fondo (rotor mal espaciado,
elastómero hinchado, presencia de arena, etc.) o en superficie (problemas con
el cabezal, con el motor, etc.).
CRITERIOS DE OPTIMIZACIÓN
Al momento de optimizar un pozo instalado con un sistema PCP
se deben considerar una serie de variables que pueden limitar la obtención de la
mayor tasa de producción. Estas limitantes pueden estar asociadas al yacimiento,
a los equipos PCP, a otros equipos o sistemas o a las instalaciones de superficie,
así, a la hora de proceder con un programa de incrementos de velocidad de
operación de se deben tener presente:
Definición de Elastómero:
Un elastómero es un material el cual puede ser elongado varias veces su longitud original y
tiene la capacidad de recobrar rápidamente sus dimensiones originales una vez que la
fuerza externa es removida.
Formulación de los elastómeros:
Proceso de adición de aditivos químicos al elastómero base con la finalidad de obtener un
producto adecuado para una aplicación especifica. Los aditivos químicos cumplen las
siguientes funciones:
1. Vulcanización (curado o entrecruzamiento)
2. Cargas de reforzantes
3. Ayudantes de proceso
4. Cargas Inertes (reductores de costos)
5. Estabilizantes ambientales (calor, O2, O3, humedad, Luz UV, etc.)
6. Protectores Químicos y Físicos.
ANALSIS DE FALLA
Introducción
La incorporación de Negro de Humo:
3. Ayudantes de Procesos:
Aditivos que permiten procesar una formulación elastomérica de una manera mas fácil.
Tienden a bajar la viscosidad de la mezcla.
*Pepticidas químicos (Ácidos Sulfonicos, Pentaclorotiofenol); Plastificantes físicos (Ácidos
grasos, aceites, ésteres.
4. Cargas Inertes:
Aditivos que abaratan el costo de la formulación sin mayor deterioro en las propiedades
mecánicas del producto final.
*Aceites; partículas sólidas de tamaño grande (arcilla, Talco, Carbón); Resinas.
ANALSIS DE FALLA
5. Estabilizantes:
Inhiben cortes o incisiones de cadena, entrecruzamientos ambientales o cualquier alteración
química debido al deterioro por factores ambientales, ej. Antioxidantes y Antiozonantes.
6. Protectores:
- Químicos:
Capaces de interactuar con el agente degradante o interferir con las reacciones de
degradación, ej. Aminas secundarias, fenoles o fosfitos.
- Físicos:
Migran a la superficie y proporcionan barrera al ataque ambiental, ej. Ceras.
ANALSIS DE FALLA
Procesamiento:
mezclado para producir una formulación con sus ingredientes adecuadamente
incorporados y dispersados con la finalidad de lograr un material con las siguientes
características:
ELASTOMERO
*Fácil procesar.
*Curado eficiente. RELLENO
MISCELANEOS
ANALSIS DE FALLA
Procesamiento:
Inyección:
Es el método utilizado en la producción de estatores de Bombas de Cavidades Progresivas
(PCP).
Proceso:
- La formulación se alimenta a la cámara de inyección mediante un tronillo reciprocante.
- El movimiento del tornillo plastifica y suaviza el material a medida que lo transporta hacia la
cámara de inyección.
- Una vez alcanzado el volumen de material deseado, el tornillo actuando como pistón avanza
e inyecta el material en un molde con la forma requerida.
- El material reside en el molde caliente hasta que el proceso de curado es terminado.
- La pieza es enfriada y eyectada del molde.
ANALSIS DE FALLA
Contenido ACN
Medio Alto
Tipos de Elastómeros
Max
Manejo Descompresión
Ref Temp. H2S CO2 Aromáticos Agua
Arena Explosiva
°C
159 120 Bueno Excelente Alto Excelente Excelente Superior
194 80 Excelente Excelente Bueno Bueno Excelente Bueno
198 160 Excelente Excelente Bueno Bueno Bueno Promedio
199 120 Promedio Bueno Superior Excelente Excelente Superior
204 60 Pobre Excelente Excelente Superior Bueno Promedio
205 80 Superior Bueno Promedio Promedio Promedio Bueno
ANALSIS DE FALLA
Investigación Preliminar
* Recopilación de datos relevantes.
* Examen preliminar de las partes o componentes que fallaron.
* Selección, identificación, preparación de muestras de laboratorio.
Análisis de Laboratorio
* Evaluación No destructiva
* Ensayos mecánicos.
* Análisis químicos.
ANALSIS DE FALLA
Kit de Inspección
Dimensional:
Estator y Rotor.
Medición de
Dureza
Banco de Pruebas
Kit de Inspección
Visual: Estator
Boroscopio
Cierra Alternativa
ANALSIS DE FALLA
Modos de Fallas
* Abrasión (desgaste normal).
* Ataque Químico.
* Presión Excesiva por etapa.
* Arrastre por Alta Presión.
* Influencia mecánica.
* Altas temperaturas de operación.
* Desprendimiento del elastómero.
* Ataque por H2S
* Ataque por CO2 (Descompresión Explosiva)
*Histéresis
ANALSIS DE FALLA
Modos de Fallas
Abrasión (desgaste Normal)
Identificación:
Superficies desgastadas y rasguñadas en los puntos de menor diámetro.
Causas:
Asociado con desgaste normal. Ocurre preponderantemente si el fluido contiene altos
contenidos de sólidos o si la PCP trabaja a altas velocidades.
Corrección:
Reducir la velocidad de rotación y mantener mínimo delta de Presión, PCP de mayor
capacidad o mayor numero de etapas. Colocación de filtros.
ANALSIS DE FALLA
Modos de Fallas
Ataque Químico
Identificación:
Crecimiento en dimensione, menor dureza que el material virgen, usualmente presenta
ampollas y grietas transversales en el cuerpo del estator.
Causas:
Asociado al ataque del elastómero por fluidos aromáticos presentes en el crudo. La falla
puede identificarse por perdidas de eficiencia de la PCP o incrementos de torque.
Corrección:
Seleccionar elastómeros con mayor resistencia química. Mayor contendido de ACN en el
elastómero.
ANALSIS DE FALLA
Modos de Fallas
Presión Excesiva por Etapa
Identificación:
La superficie del elastómero se torna dura en extremo y brillante con terminaciones llagosas.
Parte del elastómero ha sido arrancado. Patrón Helicoidal.
Causas:
Presiones hidrostáticas o por fricción excesivamente altas, producido por algunas de las
siguientes condiciones:
Descarga de la bomba obstruida; líneas obstruidas; Altas tasas de producción de fluidos
viscosos. La operación de la PCP en seco ocasiona falla similar (fricción excesiva).
Corrección:
Verificar espaciamiento del rotor, para evitar que el acople con la sarta de cabillas obstruya la
descarga. Cuando se producen fluidos con altos contenidos de sólidos implementar un
programa de limpieza frecuente. Verificar el Delta de Presiones manejado por la PCP.
ANALSIS DE FALLA
Modos de Fallas
Presión Excesiva por Etapa
ANALSIS DE FALLA
Modos de Fallas
Arrastre de Alta Presión
Identificación:
Hoyos o rasgaduras en sentido contrario al flujo. No se observan incrementos de dureza
apreciables.
Causas:
Partículas de arena de gran tamaño se depositan en el elastómero causando deformación
permanente del elastómero. Esto produce un orificio pequeño que permite que el fluido a alta
presión arrastre parte del material.
Corrección:
Probar la colocación de un filtro a la entrada de la Bomba. Utilizar bombas de mayor
capacidad a menor velocidad.
ANALSIS DE FALLA
Modos de Fallas
Influencia Mecánica
Identificación:
Objetos extraños fueron bombeados causando daños sobre la superficie del elastómero y/o
rotor.
Causas:
Falta de un programa de limpieza frecuente en los pozos; maniobras inadecuadas al momento
de Completacion del Pozo. La adherencia de la goma es buena pero el elastómero presenta
desgarre. No hay evidencias de incremento de dureza.
Corrección:
Para pozos con altas tasa de arena; colocar filtros en la entrada de la bomba.
ANALSIS DE FALLA
Modos de Fallas
Altas temperaturas de Operación
Identificación:
La superficie del material se torna quebradiza y tiene muchas grietas. Incremento importante
de la dureza y disminución general de las propiedades mecánicas.
Causas:
*Operación de la PCP en Seco: ausencia de fluido, exceso de gas o por obstrucción de la
succión.
*Altas temperaturas de Operación: Combinación de alta temperatura del fluido del pozo y
calor generado por la PCP durante la operación.
*> Velocidad de la PCP y > Delta de Presión originan incrementos de temperatura. Histéresis.
Corrección:
Verificar nivel de fluido en el anular, utilizar PCP de mayor capacidad a menor velocidad de
rotación. Seleccionar el elastómero adecuado.
ANALSIS DE FALLA
Modos de Fallas
Trabajo en Vacío
Histéresis
ANALSIS DE FALLA
Modos de Fallas
Ataque por CO2 (descompresión explosiva)
Identificación:
Ampollamiento severo; Aumento de tamaño (hinchamiento, sobre interferencia); Disminución
de la dureza (solamente si el gas esta atrapado).
Causas:
Manejo de Altas tasa de gas; alto contenido de CO2 disuelto en el Crudo; Caídas abruptas de
presión de fondo.
Corrección:
Verificar nivel de fluido en el anular, utilizar PCP de mayor capacidad a menor Carga.
Seleccionar el elastómero adecuado.
ANALSIS DE FALLA
Modos de Fallas
Procedimiento
1.-Recopilacion de información:
*Modelo de PCP, serial de identificación Rotor / Estator
*Simulación hidráulica.
*Interferencia de diseño.
*Tipo de elastómero.
2.-Condiciones de Operación:
*Tipo de Crudo: API, Contenido y tipo de aromáticos.
*Gases: Concentración de H2S y CO2.
*Temperatura a nivel de la bomba.
*GOR
*Corte de agua y sedimentos
*Resultados de ensayos de compatibilidad.
ANALSIS DE FALLA
Procedimiento
3.-Completacion:
*Profundidad de instalación
*Profundidad de perforaciones
*Casing y Tubing
*Sarta de cabillas
*Sistemas de separación de gas y sólidos
4.-Datos de Operación:
*Fecha de instalación
*Fecha de falla
*Días de parada
*RPM
*Torque
*Eficiencia
*Observaciones operacionales
ANALSIS DE FALLA
Procedimiento
5.-Codificación de Tipología de Falla:
*Elastómero desprendido
*Elastómero desgarrado
*Elastómero ampollado
*Hinchamiento Visible y/o cuantificable
*Superficie quemada
*Elastómero endurecido
*Histéresis
*Elastómero erosionado o dañado mecánicamente.
ANALSIS DE FALLA