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Bombeo electrosumergible jrpoc
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Bombeo electrosumergible jrpoc

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Es un trabajo donde se detalla los componentes necesarios para el bombeo electrosumergible

Es un trabajo donde se detalla los componentes necesarios para el bombeo electrosumergible

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  • 1. BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE
  • 2. INTRODUCCIONLa explotación petrolera es una de las más importantesfuentes de riqueza del Ecuador, los ingresos generados por elpetróleo hace que la economía del país sea dependiente deeste recurso.Para la explotación petrolera se debe tener en cuenta muchosaspectos, tales como: Ubicación, tipo de petróleo, tipo desuelo donde se ubica el yacimiento, impacto ambiental, etc.Uno de los aspectos más importantes y del cual depende latecnología a utilizar para la explotación es el comportamientodel pozo el cual está directamente ligado a los componentesdel suelo donde se encuentra el mineral, es por ello que se habuscado diferentes métodos de extracción los cuales seadapten a las diferentes características de cada pozo, y de estamanera reducir costos de explotación e incrementar laproducción y las ingresos económicos.
  • 3. JUSTIFICACIÓNCuando el pozo deja de producir por flujonatural, se requiere el uso de una fuente externade energía para conciliar la oferta con lademanda de energía. La utilización del bombeoelectro sumergible es con el fin de levantar losfluidos desde el fondo del pozo hasta elseparador, es lo que se denominalevantamiento artificial.
  • 4. OBJETIVO Introducción al bombeo electro sumergible Sus componentes Su operación La forma de diagnosticar su funcionamiento.
  • 5. EL SISTEMAUn sistema de bombeo electrosumergible sebasa en la extracción de petróleo mediante eluso de bombas centrifugas, similares a lasutilizadas para la producción de agua.
  • 6. 200 KVA Caja de Panel o Transformador Venteo VSDTubingCuellosNivel de fluido dinámicoCable de PotenciaDescargaBombaSucción (Intake) o Separador de GasSección Sellante (Protector)MotorSensor de Fondo (Opcional)
  • 7. EL SISTEMA 200 KVA Un sistema de bombeo electrosumergible se puede dividir en tres grupos principales:  Equipos de Superficie  Equipos de Subsuelo  Cable
  • 8. DATO:El bombeo electrosumergible es un método quese comenzó a utilizar en Venezuela en 1958, conel pozo silvestre 14.EQUIPO DE SUPERFICIE La instalación de superficie consta de un transformadorreductor de 13,8 kV a 480 V, voltaje necesario para laoperación del variador de frecuencia, el cual provee el voltajetrifásico variable al transformador elevador multi-taps,elevando al voltaje necesario para la operación del motor enel fondo del pozo, la caja de venteo es un punto de conexióndel equipo de superficie con el equipo de fondo, finalmentejunto a la caja de venteo se instala un registrador de amperajedel motor electrosumergible.
  • 9. TRANSFORMADORES
  • 10. El primer transformadorreduce el voltaje dedistribución de 13,8 kVal voltaje de 480V, necesario para elfuncionamiento delvariador develocidad, mientras queel segundotransformador eleva elvoltaje de salida delvariador (480V variableen frecuencia) al voltajeque requiere el motorelectrosumergible conlas respectivasconexiones delta oestrella.
  • 11. MULTI-TABSEl TransformadorMultifrecuencialesfrecuentementeutilizado enaplicaciones comoalimentación demotores parabombas pozoprofundo.
  • 12. CABEZAL DEL POZO El cabezal cierra mecánicamente el pozo en la superficie, soporta el peso del equipo electrosumergible instalado, además mantiene un control sobre el espacio entre el casing y la tubería de producción del pozo.
  • 13. CAJA DE VENTEOCumple con tres funciones importantes:1. Proveer un punto de conexión entre el bobinadosecundario del transformador elevador multi-taps yel cable eléctrico de potencia proveniente delfondo del pozo.2. Ventea a la atmósfera cualquier gas que seencuentre en la armadura de protección del cableeléctrico de potencia que proviene del pozo.3. Facilita puntos de prueba accesibles pararealizar mediciones eléctricas del equipo de fondo
  • 14. CARTAS AMPEROMETRICAS
  • 15. TABLERO DE CONTROLEs el componente desde el que se gobierna laoperación del aparejo de producción en el fondo delpozo. dependiendo de la calidad de control que sedesea tener, se seleccionan los dispositivos que seannecesarios para integrarlos al tablero. este puede sersumamente sencillo y contener únicamente un botónde arranque y un fusible de protección por sobre carga;o bien puede contener fusibles de desconexión porsobrecarga y baja carga, mecanismos de relojería pararestablecimiento automático y operaciónintermitente, luces indicadores de la causa deparo, amperímetro, y otros dispositivos para controlremoto, los tipos de tablero existentes sonelectromecánicos o bien totalmente transistorizados ycompactos
  • 16. INSTRUMENTOSEl CONTROLADOR DEL MOTOR ELECTROSUMERGIBLE:Variable Speed Driver (VSD) está constituido por: Un conversor AC/DC Un inductor Un capacitor Puente trifásico de semiconductores del tipo IGBT
  • 17. CONTROLADOR DEL MOTOR ELECTROSUMERGIBLE (VSD) El controlador del motor electrosumergible VSD (Variable Speed Driver), que se instala en la superficie del pozo entre los transformadores reductor y elevador multi-taps, éste controla la velocidad de rotación del eje en el motor electrosumergible que se encuentra axialmente acoplado al eje de la bomba centrifuga multi-etapa ubicada en el fondo del pozo. El VSD proporciona la potencia suficiente al equipo de fondo para que éste funcione en óptimas condiciones, ofrece además numerosas opciones de protección, control y monitoreo del respectivo equipo que varían de acuerdo al fabricante, físicamente se observa.
  • 18. La estructura interna de un VSD de 6 pulsos, consta deuna etapa conversora de 6 pulsos, etapa de filtrado y unaetapa inversora, se representa mediante un diagrama debloques.
  • 19. INDUCTOR Y CAPACITORLa etapa de filtrado reduce el rizado de la señal devoltaje que se rectifica en la etapa anteriormediante un filtro formado por un inductor (L) yun capacitor (C), en la conexión que se indica en lafigura.
  • 20. La señal de voltaje a la salida de la etapa de filtradomediante el circuito de la figura anterior (bus deDC), se observa en la figura.
  • 21. Paquete Sensor: Se instala en la base demotor electrosumergible y es elencargado de censar y acondicionar laseñal de presión y temperatura de fondoa una señal eléctrica, para ser transmitidaa través del cable eléctrico de potenciahacia la superficie.Paquete inductor: Se ubica junto alvariador de velocidad en la superficie,proporciona la energía eléctrica al sensorde fondo para su funcionamiento. Paquete Indicador: Se encuentraformado por un display con una interfaseque le permite interactuar con eloperador visualizar la temperatura y lapresión de fondo, se ubica junto al“Paquete Inductor”.
  • 22. EQUIPOS DE SUBSUELO
  • 23. EQUIPO DE FONDO
  • 24. EQUIPOS DE SUB-SUELOSon aquellas piezas o componentes que operan instaladosen el subsuelo. Las compañías de bombeo electrosumergible se especializanen la fabricación de estos equipos, mientras que loscomponentes de los otros dos grupos son consideradosmisceláneos.
  • 25. ACOPLAMIENTOSon los conectores cilíndricos con estrías que conectan lasdiferentes piezas del aparejo: motor-motor, motor-sello,bomba-bomba, etc.El material es de acero inoxidable y son únicos para la conexiónen que se usan. Sus dimensiones dependen del diámetro decada componente del equipo BES de fondo.
  • 26. BOLSA O SELLO Este componente también llamado sección sellante, se localiza entre el motor y la bomba: está diseñado principalmente para igualar la presión del fluido del motor y la presión externa del fluido del pozo a la profundidad de colocación del aparejo.
  • 27. BOLSA O SELLOEn la figura se muestra unsello que se instala entre elmotorelectrosumergible y la bombamulti-etapa, puede serinstalado como una unidadsimple o como una unidadtandem (conexión serie deequipos del mismo tipo).
  • 28. FUNCIONES DE LA BOLSA O SELLO• Permitir la igualación de presión.• Absorber la carga axial desarrollada por la bomba a través del cojinete de empuje, impidiendo que estas se reflejen en el motor eléctrico.• Prevenir la entrada de fluido del pozo hacia el motor.• Proveer al motor de un depósito de aceite para compensar la expansión y contracción del fluido lubricante, durante los arranques y paradas del equipo eléctrico.• Transmitir el torque desarrollado por el motor hacia la bomba, a través del acoplamiento de los ejes.
  • 29. BOLSA O SELLOLos sellos, al igual que bombas y motores, se clasifican según suserie, la que se relaciona directamente con su diámetro exterior.La nomenclatura utilizada, es la misma que para los motores. tr3;tr4; tr5 y tr7La tabla a continuación muestra la máxima capacidad de losmotores.
  • 30. TIPOS DE SELLOS CONVENCIONAL DE TRES CÁMARAS  Permite una mejor disipación de calor. Protege contra la entrada de fluido.  Cada sello mecánico protege su propio El contacto directo entre el fluido del recipiente, creando tres secciones pozo y del motor ha sido considerado el sellantes en una unidad. único medio de igualar presiones en el sistema de sellado  La barrera elástica en la cámara superior permite la contracción-expansión del aceite del motor cuando la temperatura cambia desde la superficie hasta el fondo y a la de operación.  La barrera elástica es resistente al ataque químico y la penetración del gas, por lo que el aceite del motor se protege efectivamente contra contaminantes.  Cada recipiente es lo suficientemente grande para absorber la expansión- contracción volumétrica de los motores más grandes existentes en el mercado.
  • 31. LOS SELLOS PUEDEN SER: LABERINTO BOLSA DE GOMA
  • 32. SELLOS LABERINTO BOLSA DE GOMA  Usados en pozos donde la densidad del fluido Las cámaras de laberinto están es semejante a la del aceite del motor o los compuestas por una serie de tubos, que equipos son instalados en la sección desviada forman un laberinto en el interior de esta del pozo para hacer el camino difícil al fluido de  La bolsa de goma es un elastómero que tiene pozo que intenta ingresar al motor. la finalidad de evitar el contacto físico de los Este tipo de cámara puede seleccionarse fluidos del pozo con el aceite del motor, pero para aquellos pozos donde el fluido a al ser muy flexible cumple con equilibrar las producir tiene una densidad superior a la presiones en ambos lados de ella. del aceite del motor (con alto corte de  Cuando el equipo comienza a inclinarse, los agua), o en pozos verticales laberintos comienzan a perder su capacidad de expansión, la cual puede recuperarse utilizando cámaras de sello positivo.  A medida que la inclinación aumenta se hace necesario incrementar la cantidad de cámaras con elastómero, pudiendo llegar a colocarse hasta 4 cámaras de bolsa por cada tandem.  Esto permite alcanzar inclinaciones de hasta 75o u 80o
  • 33. BOMBA Son del tipo centrífugo de múltiples etapas, cada etapa consiste de un impulsor (dinámico) y un difusor (estático). El número de etapas determina la carga total generada y la potencia requerida. El tamaño de etapa que se use determina el volumen de fluido que va a producirse.
  • 34. BOMBA Impulsor DifusorCada “ETAPA” esta formada por un Impulsor y un Difusor.El impulsor da al fluido ENERGIA CINETICA.El Difusor cambia esta energía cinética en ENERGIA POTENCIAL (Altura de elevación o cabeza)
  • 35. BOMBA Las etapas a su vez pueden clasificarse, dependiendo de la geometría del pasaje de fluido, en dos tipos: F LU JO M IXTO FLUJO RADIAL Otra clasificación de los diferentes tipos de bombas se realiza según la SERIE de las mismas. La serie esta directamente relacionada con el diámetro de la bomba, por ejemplo “A”; “D”; “G”; “H”; Etc .
  • 36. BOMBA ELECTROSUMERGIBLE La presión desarrollada por una bomba centrífuga sumergible, depende de la velocidad periférica del impulsor y es independiente del peso del líquido bombeado. CALCULO DE BOMBAS
  • 37. La curva de comportamiento de la bomba electrosumergible, permite conocer las característicasde funcionamiento la bomba, como se indica en la figura:
  • 38. En la figura anterior también se observa:La Curva de Altura de la Columna: Indica la altura de fluido que cada etapapuede levantar, en función de los barriles por día (BPD) que la bomba extrae delpozo.La Curva de Potencia al Freno (BHP): Indica la potencia en HP (Horse Power),que requiere cada etapa para tener el caudal necesario para levantar el fluido(BPD).La Curva de Eficiencia: Indica como varia la eficiencia de la bombaelectrosumergible, hasta a un valor máximo de barriles por día (punto demáxima eficiencia), que la bomba puede extraer del pozo.
  • 39. MOTOREl siguiente componente masimportante del sistema debombeo electrosumergible es elMOTOR.Este es un motor trifásico, deinducción tipo JAULA DEARDILLA, de dos polos, similar alos utilizados en aplicaciones desuperficie.
  • 40. MOTORLas tres fases son conectadas al bobinadodel motor, el que termina en una estrellaen el interior de este, la cual trata deestabilizar un punto neutro. ØA ØC 120o Fase A Fase B Fase C 120o 120o 0o 120o 240o 360o ØB
  • 41. MOTOREl voltaje aplicado al motor induce un campomagnético en el bobinado del estator.El movimiento de este campo magnéticoinduce otro campo magnético sobre los rotoresalojados en el motor.
  • 42. MOTOREl campo magnético de los rotores girara aestos, intentando alcanzar al del estator.Como tenemos un eje conectado a los rotores,es posible obtener un trabajo útil en el extremode éste.
  • 43. MOTOREl campo magnético del estator gira a 3600rpm, cuando la frecuencia del sistema es de 60Hz.Los rotores intentan alcanzarlo, pero nunca lologran.La diferencia entre la velocidad del campomagnético del estator y de los rotores sedenomina deslizamiento.
  • 44. MOTOR
  • 45. MOTOR Slots ConductoresDetalle de Laminaciones de un Estator
  • 46. MOTORLos motores pueden ser utilizados en sistemasde potencia de 60 Hz o de 50 Hz.La diferencia entre ellos será que el motorfuncionando a 50 Hz producirá 5/6 veces lapotencia que desarrollaría a 60 Hz para lacorriente nominal de el, pero a su vez elrequerirá 5/6 veces el voltaje requerido parafuncionar a 60 Hz.
  • 47. MOTORAl igual que las bombas, los motores estánclasificados según su SERIE.La serie esta directamente relacionada con eldiámetro externo del motorEn el caso de ESP, los motores se designan connúmeros, de acuerdo a su diámetro externo:TR3; TR4; TR5 y TR7
  • 48. MOTORLos motores se seleccionan de acuerdo a lapotencia demandada por el sistema y eldiámetro interior disponible en el revestidor.Si por alguna razón, el sistema demanda unapotencia mayor a la del motor mas grande parauna serie determinada, estos pueden montarseen tandems de dos o tres motores, duplicando otriplicando la potencia
  • 49. MOTORCuando seleccionemos motores en tandem,debemos tener presente lo siguiente:Si utilizamos dos motores tendremos doblepotencia.También necesitaremos doble voltaje ensuperficie.Pero el amperaje máximo permitido será el dela placa del motor.
  • 50. REFRIGERACIONLa refrigeración del motor electrosumergible, se realizamediante la circulación de aceite mineral altamenterefinado con una alta rigidez dieléctrica (30kV) yconductividad térmica, ofreciendo además una buenalubricación de los componentes mecánicos,adicionalmente el motor se refrigera por la circulacióndel fluido del pozo que debe tener una velocidadmínima de 1 pie/segundo.El motor electrosumergible suministra exactamentetantos HP (Horse Power) como la bomba multi-etapanecesite, la mayoría de motores están diseñados paraser más eficientes en el “punto de diseño”, se encuentraen función de la carga, típicamente tiene valores entreel 80% y 90% en condiciones normales defuncionamiento.
  • 51. LOS PARÁMETROSLos parámetros importantes que se deben tomar en cuenta para la operacióndel motor electrosumergible son:Potencia Nominal: Es la potencia máxima que genera el motorelectrosumergible bajo condiciones nominales de funcionamiento,generalmente a la frecuencia de 60 ó 50 Hz.Voltaje Nominal: Es el voltaje necesario que se debe suministrar a losterminales del motor electrosumergible para su correcto funcionamiento.Corriente Nominal: Es la corriente que circula por los bobinados del estatordel motor electrosumergible en condiciones nominales de funcionamiento, sila corriente es menor el motor no se encuentra totalmente cargado,mientras que si la corriente es mayor a la nominal el motor se encuentrasobrecargado, condiciones de baja y sobre carga se deben corregirrápidamente para que el motor no sufra daños mecánicos o eléctricos o dejede funcionar.
  • 52. SUCCIONEl siguiente componente aconsiderar es la succión ointake.Esta es la puerta de accesode los fluidos del pozo haciala bomba, para que estapueda desplazarlos hasta lasuperficie.
  • 53. SUCCIONExisten dos tipos básicos de succiones ointakes de bombas:Las succiones estándarLos separadores de Gas
  • 54. SUCCIONLas succiones estándar solamente cumplen conlas funciones de permitir el ingreso de los fluidosdel pozo a la bomba y transmitir el movimientodel eje en el extremo del sello al eje de labomba.
  • 55. SUCCIONLos separadores de gas, ademásde permitir el ingreso de fluidos alinterior de la bomba, tiene lafinalidad de eliminar la mayorcantidad del gas en solucióncontenido en estos fluidos
  • 56. SUCCIONExisten dos tipos de separadores de gas :De flujo InversoRotativos
  • 57. SUCCIÓNLos separadores de Gas de flujoinverso, se componen de un laberintoque obliga al fluido del pozo acambiar de dirección antes deingresar a la bomba.En este momento, las burbujascontinúan subiendo en lugar deacompañar al fluido.
  • 58. SUCCIÓNLos separadores de gasrotativos, utilizan la fuerzacentrifuga para separar el gas delliquido.
  • 59. SUCCIONEl SINFIN fuerza al fluido aingresar al separador, aumentandola presión en el interior de este.Luego la centrifuga separa elliquido, que es impulsado a la partemas alejada de la centrifuga.
  • 60. SUCCIONEl gas permanece cercano alcentro del separador.En la parte superior un inversorde flujos permite al gas liberarsepor los orificios de venteo,mientras los liquidos ingresan a labomba
  • 61. SUCCIÓNLa selección del separador de gasadecuado, dependerá de la cantidad de gasproducida por el pozo, teniendo en cuenta lasiguiente tabla de eficiencia: Tipo de Succión Capacidad de Separación Estándar 0% Flujo Inverso 25% a 50% Rotativo 70% a 85%
  • 62. SUCCIÓNSi bien los separadores de flujo inverso y lassucciones estandar no presentan un consumo depotencia significativo, los separadores rotativossí tendran incidencia en la potencia consumidapor el sistema: Tipo de Succión Potencia Consumida TR 3 1.75 HP TR 4 1.25 HP TR 5 7.00 HP
  • 63. CABLES
  • 64. CABLESLa unión eléctrica entre los equipos descritos,instalados en el subsuelo, y los equipos de control ensuperficie son los cables.Existen varios tipos de cables en una instalación debombeo electrosumergible:Extensión de Cable PlanoCable de PotenciaConectores de Superficie
  • 65. CABLESLa extensión de cable plano, es una cola de cablede características especiales que en uno de susextremos posee un conector especial para acoplarloal motor.En el otro extremo este se empalma al cable depotencia.La diferencia entre ambos es que este posee lasmismas propiedades mecánicas y eléctricas que loscables de potencia pero son de un tamaño inferior.
  • 66. CABLESEl conector al motor, también conocido comoPOTHEAD, es uno de los puntos mas críticos de lainstalación.Debido a las limitaciones de espacio, este es el puntomas caliente del sistema, especialmente en motores dealto amperaje.
  • 67. CABLESExisten muchos tiposdiferentes de cable, y laselección de uno de ellosdepende de las condiciones alas que estará sometido en elsubsuelo.
  • 68. CABLES Para la selección del tipo adecuado de cable es necesario tener en cuenta: Temperatura de subsuelo Presión máxima del sistema Relación Gas Petróleo del fluido Presencia de agentes corrosivos en el fluido
  • 69. Conductor CABLES Armadura Los cables de potencia pueden ser redondos o planos. La selección de uno u otro tipo Plomo depende del espacio disponible Aislacion entre la tuberia de producción y el revestidor del pozo.Conductor Armadura Nitrilo
  • 70. CABLES Siempre que el espacio anular nos lo permita, preferimos utilizar cable redondo por que: Es estructuralmente mas fuerte que el cable plano, por lo que es menos susceptible a daños durante la instalación. Es totalmente simétrico por lo que el sistema permanecerá eléctricamente balanceado.
  • 71. CABLESUna de las razones es que una parte de la corriente quecircula por el cable se perderá como calor.En un cable redondo todos los conductores tienen lamisma superficie para disipar calor, y por lo tanto lamisma temperatura.En el cable plano los conductores de los lados disipanla misma cantidad de calor, mientras que el conductorcentral tiene dos calentadores a sus lados que leimpiden disipar la misma cantidad de calor que suscompañeros.
  • 72. CABLESOtra razón es que la corriente que circula por elconductor induce un campo magnético en conjuntocon el conductor a su lado.En un cable redondo, cada conductor tiene otro acada uno de sus lados, mientras que en el cableplano los conductores de los lados solo cuentan conun conductor junto a ellos.
  • 73. CABLESOtro tipo de cables utilizados en instalacionesde bombeo electrosumergible son losconectores de superficie.Estos son colas de cable con conectoresespeciales para cruzar a través del cabezal deboca de pozo.
  • 74. CABLES Tipos de Cable (Potencia) Temp. Max. temp.Denominacion Tipo Aislacion Camisa Barrera Subsuelo Conductor Red PlanoPPE / HDPE Polipropileno / Polipropileno NO 135 o F 165 o F SI NO135 EtilenoSpecialine 205 Polipropileno / Nitrilo NO 170 o F 205 o F SI NO(PPE / O) RD EtilenoSpecialine 205 Polipropileno / Tedlar / Nitrilo 170 o F 205 o F NO SI(PPE / OTB)FL Etileno NylonSpecialine 300 EPDM Nitrilo Tape 268 o F 300 o F SI SI(ETBO)Specialine 400 Nitrilo de Alta EPDM Tape 360 o F 400 o F SI SI(ETBO - HT) TemperaturaSpecialead 450 EPDM Plomo Nylon 400 o F 450 o F NO SI(ELB)
  • 75. CABLES Extension de Cable Plano CapacidadesDenominacion Tipo Armadura Conductor Max Amp Kapton/EPDM, #1 110 Amps Galvanizada /KELB Camisa de plomo y Monel #2 95 Amps Nylon Kapton/EPDM, #4 70 Amps Galvanizada /KEOTB Camisa de Nitrilo y #6 55 Amps Monel Tedlar/Nylon
  • 76. Cables 60 #6 #4 50Caida de Voltaje por Cada 1.000 Pies 40 #2 30 #1 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Corriente en Amperios
  • 77. SENSOR DE FONDOEl sensor de fondo, se encuentra instalado en la base del motorelectrosumergible, se encarga de monitorear la temperatura delmotor y la presión de entrada a la bomba electrosumergible.Las señales de temperatura y de presión de fondo sonpreviamente acondicionadas por el propio sensor en el fondo delpozo y transmitidas a través del cable eléctrico de potencia haciala superficie.El sensor de fondo, está constituido de: un paquete sensor,paquete inductor y paquete indicador.
  • 78. GRACIAS POR SU ATENCION