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Diseño de bombas
 

Diseño de bombas

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Estudio de bombas

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    Diseño de bombas Diseño de bombas Presentation Transcript

    • Ejemplos de Aplicaciones
    • Datos Requeridos para el Diseño (1)
      • Datos del Pozo
        • Tubing y casing (tamaño y peso)
        • Intervalo del pozo (medida y vertical)
        • Profundidad de asentamiento de la bomba (medida y vertical)
      • Datos de la Produccion
        • Presion de Cabezal
        • Presion del Casing
        • Prueba de produccion con nivel o presion de fondo fluyente
        • Nivel de fluido estatico o presion estatica
        • Temperatura de fondo
        • Produccion deseada
        • RGP
        • %AyS
      • Condiciones del fluido del pozo
        • Gravedad especifica del agua
        • API del crudo
        • Gravedad especifica del gas
        • Presion de burbujeo
        • Viscosidad del crudo
        • Datos PVT
    • Datos Requeridos para el Diseño (2)
      • Fuente de Energia
        • Voltaje primario disponible
        • Frecuencia
        • Capacidad de la fuente de potencia
      • Problemas Posibles
        • Arena
        • Carbonatos (Scale)
        • Corrosion (H 2 S, CO 2 , N 2 , Aminas)
        • Parafina
        • Emulsion
        • Gas
        • Temperatura
    • Ejm 1_Pozos con Alto Corte de Agua
      • Suposiciones:
        • El fluido producido es incompresible, la gravedad especifica no varia con la presion.
    • Pozos con Alto Corte de Agua
      • Procedimiento:
        • Determinar capacidad de produccion, profundidad de asentamiento y presion de entrada a la bomba.
        • Calcular la altura de carga total requerida.
        • Seleccionar el tipo de bomba segun diametro interno del casing y rango de produccion deseado.
        • Determinar la altura de carga generada y potencia al freno requerida por una etapa a la produccion deseada.
        • Calcular el numero de etapas.
        • Calcular la potencia requerida.
        • Selecionar el tipo de seccion sellante segun tamaño de equipo y aplicacion.
        • Determinar si se ha excedido alguna limitacion de carga como resistencia del eje, carga en los cojinetes de empuje, etc.
        • Seleccionar el tipo y tamaño del cable de potencia en base a amperaje del motor, temperatura del conductor y limitaciones de espacio.
        • Calcular el voltaje de superficie y los requerimientos de KVA.
    • Pozos con Alto Corte de Agua (ej.)
      • Datos del Pozo
        • Tubing (tamaño y peso) 2 3/8” EUE 8Rd.
        • Casing (tamaño y peso) 7” 23#
        • Intervalo del pozo (medida y vertical) 5300-400’
        • Profundidad de asentamiento de la bomba (medida y vertical) 5200’
      • Datos de la Produccion
        • Presion de Cabezal 150psi
        • Prueba de produccion / presion de fondo fluyente 900BPD, 985psi @ 5350’
        • Presion estatica 1650psi
        • Temperatura de fondo 180F
        • Produccion deseada 2000BPD
        • %AyS 90%
      • Condiciones del fluido del pozo
        • Gravedad especifica del agua 1.02
        • API del crudo 30API
        • Viscosidad del crudo No se conoce
      • Fuente de Energia
        • Voltaje Primario Disponible 7200 / 12470 volt
        • Frecuencia 60HZ
    • BPD Pwf Pozos con Alto Corte de Agua (ej.) Determinacion de la Presion de Fondo Fluyente INDICE DE PRODUCTIVIDAD 0 400 800 1200 1600 2000 0 900 2200 PI = P est -P wf Q 2000BPD 172PSI
    • Se corrige la presion de fondo fluyente por la diferencia entre la profundidad de asentamiento de la bomba y la profundidad de referencia, considerando la perdida por friccion en el espacio anular. SG L = (1.02 x 0.9) + (0.876 x 0.1) = 1.01 Gra. Esp. mezcla Pozos con Alto Corte de Agua (ej.) Determinacion de la Presion de Fondo Fluyente
    • TDH = 4957 + 161 + 343 = 5461ft Nivel de Fluido: Perdidas por Friccion Segun Hazen - Williams: h f = 31ft x 5200ft / 1000 = 161ft Cabezal en Altura: Pozos con Alto Corte de Agua (ej.) Determinacion de la Presion de Fondo Fluyente
      • Tamaño de bomba
        • Segun el revestimiento de 7” 23# que se tiene, se debe seleccionar el diametro del equipo en tablas que se encuentran en el catalogo de las bombas.
        • Los equipos de mayor tamaño tienen ventajas: normalmente son menos costosas que las de menor diametro, el fluido recorre el motor a mayor velocidad.
      Bomba seleccionada para el ejemplo, tasa deseada de 2000BPD: GC-2200 Pozos con Alto Corte de Agua (ej.) Determinacion de la Presion de Fondo Fluyente
    • 0 10 20 30 40 50 60 0 1500 2150 3000 3600 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 MOTOR LOAD BREAK HORSEPOWER HEAD CAPACITY 48.7 ft 1.09HP 2000 BPD Pozos con Alto Corte de Agua (ej.) Determinacion de la Presion de Fondo Fluyente
    • Numero de Etapas = TDH/ET. TDH = 49.7 ft/et. 5460 = 110 Etapas Potencia al Freno de la Bomba BHP = 1.09 BHP/ET x 110 etapas x 1.01 = 121 BHP Pozos con Alto Corte de Agua (ej.) Determinacion de la Presion de Fondo Fluyente
        • Normalmente la serie de la seccion sello es la misma que la de la bomba, pero existen adaptadores especiales para conectar las unidadesde diferentes series.
        • El requerimiento de la potencia del sello es funcion del TDH. Para un sello serie 513 tenemos:
      2 2.5 3 3.5 4 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 HORSEPOWER TDH Pozos con Alto Corte de Agua (ej.) Determinacion de la Presion de Fondo Fluyente
        • Los requerimientos de potencia son:
        • Bomba: 121HP
        • Seccion Sellante: 3HP
        • Se necesita un motor de un minimo de 124HP
        • El voltaje del motor se puede seleccionar en base a:
        • - Alto voltaje, menos perdidas en el cable de Potencia
        • - Alto voltaje, mas costoso el controlador del motor
      Pozos con Alto Corte de Agua (ej.) Seleccion del Motor
      • Se debe seleccionar el cable tomando en cuenta :
        • -Tamaño del cable
        • -Caida de voltaje: recomendable no mas de 30V por cada 1000’ y en pozos profundos menos del 15% de la placa del motor. Si la caida de voltaje esta entre 15 y 19%, es recomendable el uso de VSD.
        • -La seleccion del tipo de cable se basa en las condiciones del fluido y la temperatura de operacion.
      Pozos con Alto Corte de Agua (ej.) Seleccion del Cable
      • Procedimiento:
        • Determinar capacidad de produccion, profundidad de asentamiento y presion de entrada a la bomba. Calculo de IPR.
        • Calcular volumen total de fluido a la entrada de la bomba.
        • Determinar la Presion de descarga de la bomba.
        • Calcular la altura de carga total requerida.
        • Seleccionar el tipo de bomba segun diametro interno del casing y rango de produccion deseado y si es necesario determinar el separador de gas.
        • Determinar la altura de carga generada y potencia al freno requerida por una etapa a la produccion deseada.
        • Calcular el numero de etapas.
        • Calcular la potencia requerida.
        • Selecionar el tipo de seccion sellante segun tamaño de equipo y aplicacion.
        • Determinar si se ha excedido alguna limitacion de carga como resistencia del eje, carga en los cojinetes de empuje, etc.
        • Seleccionar el tipo y tamaño del cable de potencia en base a amperaje del motor, temperatura del conductor y limitaciones de espacio.
        • Calcular el voltaje de superficie y los requerimientos de KVA.
      Pozos con Alto GOR
    • Pozos con Alto GOR
      • Rs, Bg, Bo deben ser calculados. Las correlaciones mas usadas son :
        • -Standing
        • -Vasquez y Beggs
        • -Lasater
        • -Glaso
      • La correlacion seleccionada afectara los calculos del diseño significativamente.
    • Pozos con Alto GOR
      • Debido a la capacidad de compresion y expansion del fluido en la tuberia de produccion, debe ser calculada la presion de descarga de la bomba. Existen gran cantidad de correlaciones multifasicas para flujo vertical y desviado, siendo las mas comunmente usadasa en la industria:
        • - Hagedorn and Brown
        • -Aziz
        • -Beggs and Brill
        • -Orkiszewski
        • -Duns y Ros
      • La correlacion seleccionada afectara los calculos del diseño significativamente.
      • Datos del Pozo
        • Tubing (tamaño y peso) 2 3/8” EUE 8Rd.
        • Casing (tamaño y peso) 5 1/2” 17#
        • Intervalo del pozo (medida y vertical) 5500-000’
        • Profundidad de asentamiento de la bomba (medida y vertical) 5000’
      • Datos de la Produccion
        • Presion de Cabezal 120psi
        • Prueba de produccion / presion de fondo fluyente 700BPD, 970psi @ 5000’
        • Presion estatica 1200psi@ 5000’
        • Temperatura de fondo 165F
        • Produccion deseada 1000BPD
        • GOR 430
        • %AyS 65%
      • Condiciones del fluido del pozo
        • Gravedad especifica del agua 1.08
        • API del crudo 35API
        • Gravedad especifica del gas 0.65
        • Presion de burbujeo 2000psi
      • Fuente de Energia
        • Frecuencia 60HZ
      Pozos con Alto GOR (ej.)
      • Suposiciones:
        • La gravedad especifica del fluido varia dentro de la bomba de forma despreciable
      Pozos con Alto GOR (ej.)
    • 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 200 400 600 800 1000 1200 0 BPD Pwf 700BPD 970PSI 1000BPD 850PSI Pozos con Alto GOR (ej.) Calculo del gas en solucion a condiciones PIP (Calculo del volumen de entrada a la bomba)
    • Rs @ 850psi = 150 scf/stb Pozos con Alto GOR (ej.) Calculo del gas en solucion a condiciones PIP (Calculo del volumen de entrada a la bomba)
        • Utilizando la correlacion de Standing
        • Donde:
        • Yg = Gravedad especifica del gas
        • Pb = Presion
        • T = Tempeatura de fondo en F
    • Pozos con Alto GOR (ej.) Calculo del factor volumetrico del petroleo (Calculo del volumen de entrada a la bomba)
        • Yg = Gravedad especifica del gas
        • Yo = Gravedad especifica del petroleo
      B = 0.972 + 0.000147F o 1.175 Donde: F = R Y Y + 1.25T S g o       0 5 . Bo @ 150scf/bbl = 1.11 res. bbl/stb
    • Pozos con Alto GOR (ej.) Calculo del factor volumetrico del gas (Calculo del volumen de entrada a la bomba)
        • Donde:
        • Z = Factor de compresibilidad del gas
        • T = Temperatura de fondo en R (460+F)
        • P = PIP
    • Gas Libre = Gas Total - Gas en Solucion = 98 mcf Volumen Gas = Bg x Gas Libre = 304bgpd Pozos con Alto GOR (ej.) Calculo del Volumen de gas libre (Calculo del volumen de entrada a la bomba)
    • Pozos con Alto GOR (ej.) Calculo del volumen de petroleo y agua (Calculo del volumen de entrada a la bomba) Volumen Petroleo = BNPD x Bo = 389 bppd Volumen Agua = BBPD x %AyS = 650 bwpd
    • Volumen Total = Vo + Vw + Vg = 1343 BPD % de Gas Libre = 23% Pozos con Alto GOR (ej.) Calculo del volumen de fluido y % de gas libre (Calculo del volumen de entrada a la bomba)
        • Debido a que el porcentaje de gas libre a la entrada de la bomba es mayor de 10%, es necesario el uso del separador de gas . Asumiendo una eficiencia de separacion del 80%:
      Vg = Volumen de gas a la entrada x (1-effsep) Vg = 304 bgpd x (1-0.8) = 61 bgpd Vt = Vo + Vw + Vg = 1100 bfpd Volumen de entrada a la bomba Pozos con Alto GOR (ej.) Calculo del volumen de entrada a la bomba
    • Gas bomba = Gas en Solucion + Gas Libre no Separado GOR dentro de la bomba (Calculo del volumen de entrada a la bomba) Pozos con Alto GOR (ej.) Gas bomba = 52.5mcf + = 72.2 mcf
    • m m = (BNPD x So + BWPD x Sw) x 62.4 x 5.6146 + GORbomba x BNPD x Sg x 0.0752 Calculo de la Gravedad Especifica de la Mezcla Pozos con Alto GOR (ej.) m m = (350 x 0.85 + 650 x 1.08) x 62.4 x 5.6146 + 206 x 350 x 0.65 x 0.0752 m m = 353700 lbs/dia S = lbs / dia 1100 x 5.6 146 x 62.4 = 0.918 mezcla 353700
      • Tamaño de bomba
        • Segun el revestimiento de 5 1/2” 23# que se tiene, se debe seleccionar el diametro del equipo en tablas y graficas que se encuentran en el catalogo de las bombas.
      Bomba seleccionada para el ejemplo, tasa deseada de 1100BPD de mezcla: FC-925 Determinacion del Tipo de Bomba Pozos con Alto GOR (ej.)
    • Pozos con Alto Corte de Agua (ej.) FC-925 0 5 10 15 20 25 30 35 0 700 925 1150 1450 0 0.15 0.3 MOTOR LOAD BREAK HORSEPOWER HEAD CAPACITY 0.246HP 23 ft 1100 BPD
    • Con la altura de carga por etapa se debe calcular el incremento de presion por etapa Presion etapa = 9.14 psi/et Determinacion del levantamiento por etapa Pozos con Alto GOR (ej.) TDH/et x SG 2.309 ft/psi Presion etapa = 23ft/et x 0.918 = 2.309 ft/psi
        • Para las condiciones del fluido de produccion se determino que la correlacion de flujo vertical Hagedorn y Brown tiene un error despreciable. El resultado arrojado por la simulacion es:
      Presion descarga = 2049 psi Calculo de la presion de descarga Pozos con Alto GOR (ej.)
    • Numero etapa = 132 etapas Para una mayor aproximacion, se debe calcular la gravedad especifica de la mezcla a condiciones de descarga de la bomba y promediarla con la gravedad especifica de la entrada. Calculo del numero de etapas Pozos con Alto GOR (ej.) P descarga - P entrada Presion etapa Numero etapa = 2049psi - 850psi 9.14 psi/et =
    • La potencia generada por el motor debe suplir energia a: Bomba Separador de Gas Seccion Sellante Calculo de la potencia requerida Pozos con Alto GOR (ej.) Potencia al Freno de la Bomba BHP = 0.246 BHP/ET x 132 etapas x 0.918 = 29 BHP Potencia requerida por el separador de gas Hp separador de gas = 4 HP Potencia requerida por la seccion sellante Hp seccion sellante =1.5 HP