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Bombeo por cavidades progresivas

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diseño y generalidades de bombeo por cavidades progresivas

diseño y generalidades de bombeo por cavidades progresivas

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  • Podrian suministrarme la normativa ISA del Bombeo de cavidades progresiva a mi e-mail por favor?
    carlos_j_mestanza@hotmail.com

    Gracias
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  • 1. WILLIAM ALEXANDER ORTIZ
    ELIANA PULIDO VASQUEZ
    SILVIA JULIANA IBAÑEZ
    INGENIERIA DE PETROLEOS-UIS
    BOMBEO POR CAVIDADES PROGRESIVAS (PCP)
    METODOS DE PRODUCCIÓN
  • 2. 2
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    AGENDA
  • 3
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    OBJETIVOS
  • 18. 4
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    INTRODUCCIÓN
    Cuando el yacimiento no tiene la suficiente energía para levantar los fluidos, es necesaria la instalación de un sistema de levantamiento artificial que adicione presión y lleve los fluidos hasta la superficie.
    El propósito la bomba PCP es minimizar los requerimientos de energía en la cara de la formación productora, y maximizar el diferencial de presión a través del yacimiento provocando así, mayor afluencia de fluidos. Este SLA consiste en una bomba de desplazamiento rotativo positivo accionada desde la superficie.
  • 19. 5
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    PRINCIPIO FISICO
    Cuando un líquido fluye a través de una bomba, sólo parte de la energía comunicada por el eje del impulsor es transferida el fluido.
    Existe fricción en los cojinetes y juntas, no todo el líquido que atraviesa la bomba recibe de forma efectiva la acción del impulsor, y existe una perdida de energía importante debido a la fricción del fluido. Ésta pérdida tiene varias componentes:
    • Pérdidas por choque a la entrada del impulsor
    • 20. La fricción por el paso del fluido a través del espacio existente entre las palas o álabes
    • 21. Pérdidas de alturas al salir el fluido del impulsor.
  • 6
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    PRINCIPIO FISICO
    El rendimiento de una bomba es bastante sensible a las condiciones bajo las cuales esté operando. El rendimiento h de una bomba viene dado por:
    donde γ , Q y h se definen de forma habitual; T es el par ejercido por el motor sobre el eje de la bomba y w el régimen de giro del eje en radianes por segundos.
  • 22. 7
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    PRINCIPIO FISICO
    Propiedades Mecánicas
    Los datos de las propiedades dinámicas mecánicas son obtenidas a través de ensayos de desplazamiento de los elastómeros (compresión o tensión), llamado Módulo de elasticidad Complejo (E`) o Stress total.
    Este módulo está compuesto por:
  • 23. 8
    BOMBA PCP
    Estas bombas de desplazamiento positivo consisten en un rotor de acero helicoidal y un estator de elastómero sintético pegado internamente a un tubo de acero.
    El estator se instala en el pozo conectado al fondo de la tubería de producción, a la vez que el rotor esta conectado al final de la sarta de cabillas.
    ELECTRIC MOTOR
    ROODS
    STATOR
    TUBING
    CASING
    ROTOR
    Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
  • 24. 9
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    SISTEMA PCP
    Grampa de la barra pulida
    Relación de la transmisión
    Sarta de cabillas
    Motor eléctrico
    Tubería de producción
    Cabezal de rotación
    Rotor
    Barra pulida
    Estator
    Stuffing Box
    Pumping Tee
    Pin de paro
    Cabezal de pozo
    Ancla antitorque
    Revestidor de producción
    Tubería de producción
    Revestidor de producción
    Sarta de cabillas
    Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.
  • 25. 10
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    EQUIPOS DE FONDO
  • 26. EQUIPOS DE FONDO:
    Tubería de producción
    Es una tubería de acero que comunica la bomba de subsuelo con el cabezal y la línea de flujo. Si no hay ancla de torsión, se debe ajustar con el máximo API, para prevenir el desenrosque de la tubería de producción.
    11
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.
  • 27. 12
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    EQUIPOS DE FONDO:
    Sarta de varillas
    Es un conjunto de varillas unidas entre sí por medio de cuplas. La sarta esta situada desde la bomba hasta la superficie. Los diámetros máximos utilizados están limitados por el diámetro interior de la tubería de producción.
    Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.
  • 28. 13
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    EQUIPOS DE FONDO:
    Estator
    Es una hélice doble interna y moldeado a precisión, hecho de un elastómero sintético el cual está adherido dentro de un tubo de acero.
    Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.
  • 29. EQUIPOS DE FONDO:
    Rotor
    14
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    El rotor está fabricado con acero de alta resistencia mecanizado con precisión y recubierto con una capa de material altamente resistente a la abrasión. Se conecta a la sarta de cabillas (bombas tipo Tubular) las cuales le transmiten el movimiento de rotación desde la superficie (accionamiento o impulsor).
    Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.
  • 30. 15
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    EQUIPOS DE FONDO:
    Niple de Paro
    Es parte componente de la bomba y va roscado al extremo inferior del estator. Su función es:
    • Hacer de Tope al rotor en el momento del espaciamiento, para que el rotor tenga el espacio suficiente para trabajar correctamente.
    • 31. Servir de pulmón al estiramiento de las varillas, con la unidad funcionando.
    • 32. Como succión de la bomba.
    Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.
  • 33. 16
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    EQUIPOS DE FONDO:
    Niple Intermedio
    Su función es la de permitir el movimiento excéntrico de la cabeza del rotor con su cupla o reducción de conexión al trozo largo de maniobra o a la última varilla, cuando el diámetro de la tubería de producción no lo permite.
    Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.
  • 34. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    17
    EQUIPOS DE FONDO:
    Elastómeros
    El Elastómero reviste internamente al Estator y en si es un polímero de alto peso molecular con la propiedad de deformarse y recuperarse elásticamente, esta propiedad se conoce como residencia o memoria, y es la que hace posible que se produzca la interferencia entre el Rotor y el Estator.
    Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.
  • 35. EQUIPOS DE FONDO:
    Características de los elastómeros
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    18
    • Buena resistencia química a los fluidos a transportar.
    • 36. Buena resistencia térmica.
    • 37. Capacidad de recuperación elástica.
    • 38. Adecuadas propiedades mecánicas, especialmente resistencia a la fatiga.
    • 39. Propiedades mecánicas mínimas requeridas.
    • 40. Hinchamiento: del 3 al 7% (máximo).
    • 41. Dureza Shore A: 55 a 78 puntos.
    • 42. Resistencia Tensíl: Mayor a 55 Mpa.
    • 43. Elongación a la ruptura: Mayor al 500%
    • 44. Resistencia a la fatiga: Mayor a 55.000 ciclos
    • 45. Resistencia al corte: Mayor a 4 Kgrs/mm.
  • Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    19
    EQUIPOS DE FONDO:
    Elastómeros
    Elastómero 159
    • Es un co-polimero butadieno-acrilonitrilo con 45% de Nitrilo. Su distribuidor (y fabricante) lo utiliza como estándar para comparación de la solidez y resistencia química de los Elastómeros.
    Elastómero 194
    Es un butadieno-acrilonitrilo con alto contenido de nitrilo. Este Elastómero fue desarrollado para crudos pesados con alto contenido de arena. La resistencia a la abrasión es buena (dureza Shore A = 58) .
  • 46. EQUIPOS DE FONDO:
    Elastómeros
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    20
    Elastómero 198
    • Un butadieno-acrilonitrilo hidrogenado (no es un caucho). Este Elastómero fue desarrollado para obtener una mayor resistencia al H2S y a mayor temperatura que la del caucho.
    Elastómero 199
    Es un co-polimero butadieno-acrilonitrilo con 50% de nitrilo. Su resistencia a los aromáticos es buena, se ha utilizado con éxito en fluidos con 13% de aromáticos a 40 °C (104 °F).
    Elastómero 204
    Es un co-polimero fuorocarbono butadieno. Este Elastómero fue desarrollado para obtener mayor resistencia a los aromáticos y a los gases ácidos (CO2 y H2S).
  • 47. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    21
    EQUIPOS DE FONDO:
    Elastómeros-Factores limitantes
    Los elastómeros se construyen de materiales vivos, sus propiedades pueden verse afectados de manera adversa por:
    a) Los parámetros que caracterizan el fluido del pozo tales como:
    b) La presencia de agentes físicos o químicos, tales como:
    Gravedad del crudo
    Relación gas liquido
    Corte de agua
    Temperatura de profundidad de la bomba
    Partículas abrasivas
    CO2 y H2S
    Solventes aromáticos
    Agentes agresivos
  • 48. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    22
    EQUIPOS DE FONDO:
    Elastómeros-Consecuencias
    Comienzo del desprendimiento del elastómero debido a la rigidez del mismo
    Proyección del desprendimiento a lo largo del lóbulo
    Desprendimiento profundo y falta de adherencia a la camisa del estator.
    Endurecimiento del centro del lóbulo.
    Ejemplo de elastómeros en el yacimiento Diadema
    Fuente. Principios Fundamentales para diseños de bombas PCP.
    Rango de algunos elastómeros distribuidos comercialmente
  • 49. EQUIPOS DE FONDO:
    Elastómeros-Factores limitantes
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    23
    c) Los cambios más comunes en las propiedades mecánicas y sus
    consecuencias son:
    • Hinchazón, lleva a excesiva interferencia.
    • 50. Endurecimiento, lleva a la pérdida de la resistencia.
    • 51. Ablandamiento, debilidad y deterioro del sellaje.
    Fuente. Principios fundamentales para diseños de bombas PCP .
    Rango de algunos elastómeros distribuidos comercialmente
  • 52. 24
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    EQUIPOS DE SUPERFICIE
  • 53. 25
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    EQUIPOS DE SUPERFICIE:
    Cabezal de rotación
    Su función es la de permitir el movimiento excéntrico de la cabeza del rotor con su cupla o reducción de conexión al trozo largo de maniobra o a la última varilla, cuando el diámetro de la tubería de producción no lo permite.
    Fuente. Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas.
  • 54. 26
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    EQUIPOS DE SUPERFICIE:
    Motor
    Es el equipo giratorio que genera el movimiento giratorio del sistema.
    Requiere bajos costos de mantenimiento, posee alta eficiencia, bajos costos de energía, es de fácil operación y de muy bajo ruido.
    Fuente. Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas.
  • 55. 27
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    EQUIPOS DE SUPERFICIE:
    Variadores de frecuencia
    Estos equipos son utilizados para brindar la flexibilidad del cambio de velocidad en muy breve tiempo y sin recurrir a modificaciones mecánicas en los equipos.
    El Variador de frecuencia rectifica la corriente alterna requerida por el motor y la modula electrónicamente produciendo una señal de salida con frecuencia y voltaje diferente.
    Fuente. Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas.
  • 56. 28
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    EQUIPOS DE SUPERFICIE:
    Sistema de correas y poleas
    Dispositivo utilizado para transferir la energía desde lafuente de energía primaria hasta el cabezal de rotación.
    La relación de transmisión con poleas y correas debe ser determinada dependiendo del tipo de cabezalseleccionado y de la potencia/torque que se deba transmitir a las varillas de bombeo (a la PCP).
    Fuente. Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas.
  • 57. NOMENCLATURA DE LAS BCP
    SEGÚN EL FABRICANTE
    29
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    Fuente. Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas.
  • 58. NOMENCLATURA DE LAS BCP
    SEGÚN EL FABRICANTE
    30
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    Fuente. Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas.
  • 59. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    31
    INSTALACION
    1. Confirmar que el equipo este configurado para realizar las siguientes conexiones.
    2. Medir la distancia b, desde el pin de paro al fondo del estator.
    3. Llenar el pozo con fluido muerto y correr el tubing con el estator y el ancla de torque.
    ESTATOR
    ROTOR
    PIN DE PARO
    B
    Fuente. Principios fundamentales para diseños de bombas PCP .
  • 60. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    32
    INSTALACION
    4. Calcular el numero de cabillas.
    5. Engrasar el rotor para facilitar la inserción del mismo dentro del estator.
    6. Insertar la sarta de cabillas en el pozo con el rotor conectado en el fondo.
    7. Bajar la sarta de cabillas lentamente hasta observar rotación de la misma.
    8. Cuando las cabillas empiecen a rotar, bajar lentamente la sarta de cabillas.
    9.Continuar bajando la sarta de cabillas..
  • 61. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    33
    INSTALACION
    10. Subir lentamente la sarta de cabillas.
    11. Marcar la cabilla superior al nivel de la tee de producción.
    12. Levantar la sarta y desconectar la cabilla superior.
    13. Medir la distancia A.
    14. Calcular la longitud L, así:
    DISTANCIA C
    NEGATIVA
    DISTANCIA C
    A. CABEZAL DE EJE HUECO
    B. CABEZAL DE EJE INTEGRADO
    Fuente. Principios fundamentales para diseños de bombas PCP .
  • 62. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    34
    INSTALACION
    15. En el caso de cabezales integrados, la longitud de pony rods equivalentes a «L» debe sumarse a la sarta de cabillas.
    16. Para un cabezal de eje hueco con un stuffing box integrado.
    Para cabezales de eje hueco con stuffing box separado.
    Engrasar la barra pulida e insertarla a través del stuffing box usando una conexión cónica de protección. Roscar un acople en la base de la barra pulida y levantar todo el conjunto en posición vertical.
  • 63. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    35
    INSTALACION
    Bajar y conectar la barra pulida con la sarta de cabillas y el stuffing box con la tee de producción. Asegurarse de cumplir con estas especificaciones de manera que el torque aplicado para la conexión no sea excesivo.
    GRAMPA DE SEGURIDAD
    CUERPO DEL CABEZAL
    TOPE DE LA SARTA DE CABLITAS
    BARRA PULIDA
    PUNTO DE REFERENCIA
    Fuente. Principios fundamentales para diseños de bombas PCP .
  • 64. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    36
    INSTALACION
    PUNTO DE REFERENCCIA
    ESPACIADO DE LA BARRA DE 6 A 24 PULGADAS (15-60 CMS)
    GRAMPA DE SEGURIDAD
    PUNTO DE REFERENCIA
    ACOPLE DE CONEXIÓN ENTRE BARRA PULIDA Y LA SARTA DE CABLITAS
    Fuente. Principios fundamentales para diseños de bombas PCP .
    CONEXIÓN DEL CABEZAL
    CONEXIÓN DE BARRA PULIDA
  • 65. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    37
    OPERACIÓN
    Durante la puesta en marcha del sistema es necesario medir y registrar las variables de operación y control.
  • 66. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    38
    OPERACIÓN
    • Velocidad de rotación (rpm)
    • 67. Frecuencia (Hz)
    • 68. Velocidad del motor (rpm)
    • 69. Intensidad de la corriente (Amp)
    • 70. Tensión en la red (Volt)
    • 71. Tensión en la salida (Volt)
    • 72. Torque (lb-pie)
    • 73. Potencia (Kw o Hp)
    • 74. Temperatura en el variador de frecuencia (ºC o ºF)
    • 75. Presión en el cabezal del pozo
    • 76. Variables analógicas o digitales de sensores instalados en el pozo (subsuelo o superficie), tales como presión o temperatura
  • Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    39
    OPERACIÓN
    .
  • 77. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    40
    OPERACIÓN
    Esperar que el pozo – sistema de bombeo se estabilice antes de proceder con la optimización y arrancar con baja velocidad de rotación.
    Durante la fase de hinchamiento es posible que la eficiencia volumétrica de la bomba sea baja (a veces muy baja) por lo cual, las medidas de torque, potencia, presiones de superficie y la producción propiamente dicha del pozo serán relativamente bajas.
  • 78. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    41
    OPERACIÓN
    Durante estos primeros días, se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las variables de operación a diario, de manera de observar el comportamiento del sistema y su relación con el hinchamiento del elastómero.
    Durante estos primeros días, se sugiere visitar el pozo y tomar las lecturas de las variables de operación a diario, de manera de observar el comportamiento del sistema y su relación con el hinchamiento del elastómero.
  • 79. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    42
    OPERACIÓN
    Durante esta fase se debe esperar incrementos en la producción, disminución en la surgenciade la bomba, incrementos en la presión del cabezal (presión en la tubería de producción) en el torque y en la potencia requerida.
    Una vez que se determine que el sistema “yacimiento - pozo – equipos de producción” estén estabilizados, se procede con el proceso de optimización.
  • 80. 43
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    FLUJOGRAMA DEL DISEÑO
    Geometría del pozo
    Tipo y curvatura
    DISEÑO FINAL DEL SISTEMA
    Profundidad del asentamiento
    Configuración del pozo
    Dimensiones
    Casing, tubing, cabillas ,limitaciones mecánicas
    Presión de descarga
    Selección de equipos en superficie:
    Cabezal de rotación, relación de transmisión, motor, variador
    Producción y levantamiento requeridos
    Potencia, torque y velocidad requeridos en superficie.
    Condiciones del yacimiento
    Comportamiento IPR, tasa de producción , presión de fondo fluyente, nivel de fluido dinámico.
    Selección de la bomba :
    Capacidad de levantamiento
    Capacidad volumétrica
    Curvas de comportamiento
    Tipo de elastómero
    Selección de las cabillas
    Cargas , torque, esfuerzos, contactos cabilla/tubing
    Propiedades del fluido
    T,ρ, viscosidad, contenido de H2S y CO2 .
    Fuente. Principios fundamentales para diseños de bombas PCP .
  • 81. 44
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    DISEÑO PCP
    Las principales condiciones de diseño de un sistema PCP pueden ser clasificadas según:
    • Condiciones de bombeo.
    • 82. Efecto del flujo de fluidos.
    • 83. Cargas y esfuerzos sobre la sarta de cabillas.
    • 84. Desgaste sobre cabillas y tubería de producción.
    • 85. Dimensionamiento de los equipos.
    “El objetivo principal del diseño es lograr un balance entre las condiciones anteriormente descritas para una aplicación especifica.”
    1
    2
    3
    4
    5
    Fuente. Principios fundamentales para diseños de bombas PCP .
  • 86. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    45
    Las condiciones de bombeo mas importantes para la correcta selección de la bomba son:
    DISEÑO PCP
    Condiciones de bombeo
  • 87. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    46
    Basado en los anteriores parámetros , las condiciones de bombeo permiten hacer una correcta selección de la bomba de fondo que tenga las siguientes características:
    DISEÑO PCP
    Condiciones de bombeo
  • 88. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    47
    DISEÑO PCP
    Desplazamiento-Levantamiento
    Previo a la selección de estos parámetros es necesario conocer:
    La tasa de diseño se puede calcular como:
  • 89. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    48
    DISEÑO PCP
    Desplazamiento-Levantamiento
    Se puede determinar la capacidad mínima de desplazamiento:
    El levantamiento neto es definido como la diferencia entre la presión de entrada y la presión de descarga de la bomba así:
  • 90. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    49
    DISEÑO PCP
    Desplazamiento-Levantamiento
    La presión de entrada ala bomba es función de la energía de aporte del yacimiento ( comportamiento IPR) reflejada por las medidas de fluido y presiones en el espacio anular.
    Entonces la presión de entrada puede definirse como:
  • 91. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    50
    DISEÑO PCP
    Desplazamiento-Levantamiento
    La presión de descarga de la bomba será función de los requerimientos de energía necesarios para poder fluir una cantidad determinada de fluidos atravez de la sarta de tubería desde el fondo hacia la superficie.
  • 92. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    51
    DISEÑO PCP
    Recordar….
    Para calcular la presión hidrostática de un fluido
    Presión equivalente a la columna hidrostática de un fluido:
  • 93. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    52
    SELECCIÓN Y PROFUNDIDAD DE LA BOMBA
    Para la selección de la bomba se hace necesario conocer el comportamiento de afluencia del pozo, para lo cual es necesario contar con las presiones estáticas y fluyentes, la respuesta de producción y la presión de burbujeo.
    Se construye el IPR.
    El caudal total por la bomba será la suma de las tres tasas, petróleo, agua y gas.
    Conociendo estas variables y utilizando las curvas tipo de las bombas (suministradas por los fabricantes), se puede determinar la velocidad de operación y los requerimientos de potencia en el eje de impulsión.
  • 94. 53
    Longitud de cuerpo:2460 ft
    Longitud de acoples: 33 ft
    Tubería :3-1/2 pulgadas
    Cabillas: 1”
    Cuellos Full-size
    Patrón de flujo laminar
    Torque de resistencia (lb/ft)
    Velocidad de operación en rpm
    Fuente. Updated field case studies on application and performance of bottom drive progressing Cavity pumps.
  • 95. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    54
    DATOS
    • Profundidad máxima de Bomba: 3200 pies
    • 96. Nivel estático: 1000 pies
    • 97. Nivel dinámico: 2645 pies
    • 98. Producción petróleo para 2645 pies: 80 b/d
    • 99. Producción agua para 2645 pies: 20 b/d
    • 100. Gradiente estático en el anular: 0,373 lpc/pie
    • 101. Gradiente dinámico en el anular: 0,370 lpc/pie.
    • 102. Gradiente de los fluidos en el eductor: 0,425 lpc/pie
    • 103. Presión en cabezal tubería producción.: 100 lpc
    • 104. Presión en cabezal revestidor: 0 lpc
    • 105. Diferencial de presión en el eductor: 240 lpc
    • 106. Velocidad máxima: 250 r.p.m.
  • Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    55
    CONSIDERACIONES
    Desprecie el volumen de gas en el anular.
    Considere viscosidad muy baja (1 cps)
    Asuma tasa de gas en la bomba, despreciable (RGP/RGL muy bajas).
    Utilice ecuaciones para IP constante.
    Considere un factor de seguridad para el head de 20%
  • 107. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    56
    CALCULAR ??
    Tasa de producción (considere una sumergencia de 200 pies).
    Presión / head en la bomba.
    Seleccionar bomba.
    Velocidad de operación
    Diámetro de cabillas
    Potencia en el eje
    Torque
    Carga axial en el cabezal
    Vida útil de los rodamientos
    Seleccionar modelo de cabezal
  • 108. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    57
    EJEMPLO DEL DISEÑO
    Fuente. Updated field case studies on application and performance of bottom drive progressing Cavity pumps.
  • 109. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    58
    CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
    IP constante
    IP = Q / (Ps – Pwf)
    Ps = 0,373 lpc/pie x (3200 – 1000) pies = 821 lpc
    Pwf = 0,370 lpc/pie x (3200 – 2645) pies = 205 lpc
    IP = 100 b/d / (821 – 205) lpc = 0,162 b/d /lpc
    Qmáx = IP x Ps = 0,162 b/d /lpc x 821 lpc = 133 b/d
  • 110. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    59
    CALCULO DE LA TASA DE PRODUCCION
    Considerando una sumergencia de 200 pies en la bomba el nivel dinámico a estas condiciones de operación seria de :
    3000 pies (3200´-200´)
    la Presión fluyente sería :
    Pwf= 0.3700 lpc/pie x (3200 –3000) pies = 74 lpc
    Finalmente la tasa para un nivel dinámico de 3000 pies es de:
    Q = IP x (Ps – Pwf) = 0,162 b/d /lpc x (821 –74) lpc = 121 b/d.
  • 111. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    60
    CALCULO DE LA PRESION DE LA BOMBA
    ΔP = P2 – P1
    P1 = CHP + G1xND + G2xH = 0 + 0 + 0,370x(3200-3000) = 74 lpc
    P2 = THP + G3xPB + DP_Fr = 100 + 0,425x3200 + 240 = 1700 lpc
    ΔP = 1700 – 74 lpc = 1626 lpc x Fs = 1951 lpc
    Head = 1626 lpc / 0,433 lpc/pie = 3755 pies x Fs = 4506 pies.
    Se trabajará con 1950 lpc ó 4500 pies (1372 mts).
  • 112. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    61
    IPR CONSTANTE
    Pwf
    Q
    Fuente. Updated field case studies on application and performance of bottom drive progressing Cavity pumps.
  • 113. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    62
    TIPOS DE BOMBA
    Con un head de 1370 mts:
    Se aprecia que todas las bombas, excepto la 30TP2000, cumplen con el criterio de velocidad de operación menor a 250 r.p.m. (criterio de diseño).
  • 114. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    63
    SELECCIÓN DE BOMBA
    Revisando las especificaciones de las tres bombas pre-seleccionadas se obtienen requerimientos de potencias en el eje del impulsor de:
    60TP2000; 5,0 Kw = 6,7 Hp
    80TP2000; 5,5 Kw = 7,3 Hp
    120TP2000; 5,5 Kw = 7,3 Hp
    Suponiendo que las tres puedan mecánicamente ser instaladas en el pozo, se seleccionará la bomba 80TP2000 para disponer de cierta capacidad de reserva en caso de que el pozo responda con mayor producción.
    La bomba 80TP2000 puede instalarse en el pozo con tubería de
    2-3/8” o 2-7/8”. Asumiremos tubería de 2-7/8”.
  • 115. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    64
    TORQUE REQUERIDO
    El Torque hidráulico:
    Torque debido a la fricción de la sarta de cabillas girando en el fluido, el cual es la fuerza necesaria para levantar el fluido y es función del desplazamiento de la bomba y de la altura hidráulica.
    Torque debido a la fricción de la sarta de cabillas girando en el fluido:
    Es función de la velocidad de rotación, el diámetro y longitud de la sarta de cabillas (profundidad de la bomba), el área del espacio anular entre las cabillas y la tubería de producción.
  • 116. 65
    80TP2000
    Fuente. Updated field case studies on application and performance of bottom drive progressing Cavity pumps.
    Nomograma para selección de las cabillas.
    Según el nomograma se podrían utilizar cabillas de 3 / 4”. Ya que la tubería es de 2-7/8” se podría elegir una sarta de cabillas (usada) de 7/8” grado “D”.
  • 117. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    66
    CARGA AXIAL
    Profundidad de bomba = 3200 pies.
    Diámetro de cabillas = 7/8 “
    Fr = 3500 daN
    Altura = 4500 pies
    Bomba serie 2-3/8”
    Fh = 1000 daN
    Carga axial = 4500 daN =10115 lbs. = 4,6 Tn
    Con la carga axial y la velocidad de rotación se utilizan las curvas de los rodamientos de los cabezales de rotación y en función del cabezal elegido, se puede calcular el tiempo de vida.
  • 118. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    67
    CABEZAL DE ROTACION
    Seleccionando el cabezal de rotación modelo AV1-9-7/8”, con 4,6 Tn de carga axial y girando a 145 r.p.m., se obtiene una duración mayor a las 100 Mhoras (mas de 11 años)
    RPM
    Fuente. Updated field case studies on application and performance of bottom drive progressing Cavity pumps.
    Life (Hours x1000)
  • 119. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    68
    EL DISEÑO QUEDA ASI..
    Bomba modelo 80TP2000 instalada a 3200 pies.
    Tubería de 2-7/8” con cabillas de 7/8”.
    Velocidad de operación 145 r.p.m.
    Cabezal de rotación de 9000 lbs
    La potencia del motor dependerá del equipo de superficie a utilizar, estos es, motovariador, moto reductor o equipos de poleas y correas.
    La potencia en el eje es de 7,3 Hp
    El torque del sistema 264 lbs-pie.
  • 120. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    69
    ANALISIS ECONOMICO
    El pozo recupera el 100% del caudal.
    Qmax= 518,4 STB/dia
    Inversiones para poner a producir el pozo:
    Trabajo de reactivación del pozo: US$500.000.oo.
    Instalación de facilidades de superficie: US$50.000.oo.
    Costo de Instalación: US$250.000.oo
    Lifting Cost: US$15.oo/Bl
    El precio del crudo es de $US70.oo/Bl.
    Se entrega al gobierno nacional un 20% de la producción por regalías.
  • 121. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    70
    ANALISIS ECONOMICO
    • Ganancias=(518.4(STB/dia)*365 días*$70/bl*0,8)
    • 122. Ganancias = $ 10596096
    • 123. Inversiones= costo de reactivación + costo de instalación facilidades de superficie y levantamiento artificial
    • 124. Inversiones=($500000+$250000+$50000+(($15/bl)*365 días*518.4(STB/dia))=$ 3638240
    • 125. Rentabilidad = Ganancias- Inversiones
    • 126. Rentabilidad = $ 10596096 - $ 3638240= $6957856
    • 127. El diseño de bomba utilizado deja una rentabilidad a un año de $6957856, lo que nos indica que la no fue un buen prospecto, ya que tomamos el IP constante, se deberían analizar otras opciones para este pozo, con el fin de aumentar la rentabilidad.
  • Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    71
    VENTAJAS
    Amplio rango de producción para cada modelo, rangos de velocidades recomendados desde 25 hasta 500 RPM, lo que da una relación de 20 a 1 en los caudales obtenidos.
    La ausencia de pulsaciones en la formación cercana al pozo generará menor producción de arena de yacimientos no consolidados. La producción de flujo constante hacen más fácil la instrumentación.
    El esfuerzo constante en la sarta con movimientos mínimos disminuye el riesgo de fallas por fatiga y la pesca de varillas de bombeo.
    Su pequeño tamaño y limitado uso de espacio en superficies, hacen que la unidad BPC sea perfectamente adecuada para locaciones con pozos múltiples y plataformas de producción costa fuera.
  • 128. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    72
    Producción de fluidos altamente viscosos (2000-500000) cP.
    La inversión de capital es del orden del 50% al 25% dependiendo del tamaño, debido a la simplicidad y a las pequeñas dimensiones del cabezal de accionamiento.
    Los costos operativos y de transporte son mucho más bajos. Se señala ahorros de energía de hasta 60% al 75% comparado con unidades convencionales de bombeo eficiente.
    La presencia de gas no bloquea la bomba, pero el gas libre a la succión resta parte de su capacidad, como sucede con cualquier bomba, causando una aparente ineficiencia.
    VENTAJAS
  • 129. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    73
    VENTAJAS
    El bajo nivel de ruido y pequeño impacto visual la hace ideal para áreas urbanas.
    Ausencia de partes reciprocantes evitando bloqueo o desgaste de las partes móviles.
    Bombea con índices de presión interna inferior al de las bombas alternativas, lo que significa menor flujo en la columna del pozo para alimentarla, pudiendo succionar a una presión atmosférica. 
    La producción del pozo puede ser controlada mediante el simple cambio de rotación y esta se efectúa mediante el cambio de poleas o usando vareador de velocidad.
  • 130. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    74
    Los sistemas PCP puede alcanzar altas tasa de bombeo eliminado la necesidad de cambiar el equipo cuando las condiciones de los pozos disminuyen o prestan variaciones en la producción.
    El tamaño, menor peso, permite economizar el transporte y aligera su instalación.
    La simplicidad del equipo, reduce costos en mantenimiento de lubricación y reemplazo de partes. 
    Tipos e aromáticos comunes encontrados en petróleo xileno, benceno, tolueno a porcentajes no mayores de 3%.
    Simple instalación y operación.
    VENTAJAS
  • 131. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    75
    Resistencia a la temperatura de hasta 280°F o 138°C (máxima de 350°F o 178°C).
    Alta sensibilidad a los fluidos producidos (elastómeros pueden hincharse o deteriorarse con el contacto de ciertos fluidos por períodos prolongados de tiempo).
    Tendencia del estator a daño considerable cuando la bomba trabaja en seco por períodos de tiempo relativamente cortos (que cuando se obstruye la succión de la bomba, el equipo comienza a trabajar en seco).
    Desgaste por contacto entre las varillas y la cañería de producción en pozos direccionales y horizontales.
    Requieren la remoción de la tubería de producción para sustituir la bomba (ya sea por falla, por adecuación o por cambio de sistema).
    DESVENTAJAS
  • 132. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    76
    Falla de la varilla pulida o de la abrazadera de esta.
    Falla del freno contra giro.
    Cabeza motriz desenroscada de la T de flujo.
    Mala alineación del rodamiento axial de empuje.
    El único otro problema común es que el prense pudiera tener salidero.
    Excesivo o demasiada vibración en la columna motriz.
    PROBLEMAS DE LA OPERACIÓN PCP
    EN SUPERFICIE
  • 133. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    77
    FALLA DEL TUBING POR DESGASTE VÁSTAGO / TUBING. El desgaste del tubing se evita con el uso de centralizadores.
    FALLA DEL ESTATOR. Si se selecciona el elastómero mejor adaptado a las condiciones específicas del pozo (fluido, temperatura, etc.) su nivel de desgaste será normal y no ocurrirá su desdoblamiento.
    FALLA DEL VÁSTAGO POR TORQUE EXCESIVO. No debe haber problemas si se emplean los procedimientos adecuados para determinar las medidas del vástago.
    PROBLEMAS DE LA OPERACIÓN PCP
    EN EL FONDO DE POZO
  • 134. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    78
    FALLA DEL COUPLING DEL VÁSTAGO. No existirán problemas si se emplea un buen programa de diseño para determinar las medidas del vástago. En caso de pozos no verticales emplee centralizadores para reducir el desgaste coupling / tubing.
    FALLA DEL CENTRALIZADOR. En pozos no verticales emplee el número de centralizadores indicado por el programa de diseño. En caso de desgaste por abrasión use centralizadores con eje de cromo y couplings de vástago cromados.
    PROBLEMAS DE LA OPERACIÓN PCP
    EN EL FONDO DE POZO
  • 135. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    79
    INCORRECTO ESPACIADO.
    Si el rotor ha sido posicionado muy alto la eficiencia de la bomba se reduce.
    Si el rotor ha sido posicionado muy bajo el vástago inferior bajo compresión se jorobará ligeramente y someterá la cabeza del rotor a flexión alternativa.
    VÁSTAGOS CON RESISTENCIAS DE TENSIÓN INADECUADAS.
    La columna de vástagos puede sufrir alargamiento permanente, lo que lleva a la rotura del rotor.
    PRESENCIA DEL ANCLA DEL TUBING.
    Después de la arrancada de la bomba el tubing y la columna de vástagos se calientan por el fluido que viene de la formación.
    PROBLEMAS DE LA OPERACIÓN PCP
    EN EL ROTOR
  • 136. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    80
    PROBLEMAS DE LA OPERACIÓN PCP
    CAUSA PROBABLE
    ACCION RECOMENDADA
    Fuente. Updated field case studies on application and performance of bottom drive progressing Cavity pumps.
  • 137. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    81
    PROBLEMAS DE LA OPERACIÓN PCP
    CAUDAL INTERMITENTE
    VELOCIDAD MAS BAJA QUE LA NORMAL
    Fuente. Updated field case studies on application and performance of bottom drive progressing Cavity pumps.
  • 138. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    82
    PROBLEMAS DE LA OPERACIÓN PCP
    SIN PRODUCCION
    BAJO CONSUMO
    Fuente. Updated field case studies on application and performance of bottom drive progressing Cavity pumps.
  • 139. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    83
    PROBLEMAS DE LA OPERACIÓN PCP
    PERDIDAS A TRAVES DEL SISTEMAS DE SELLO
    CORREAS CORTADAS FRECUENTEMENTE VELOCIDAD BIEN
    Fuente. Updated field case studies on application and performance of bottom drive progressing Cavity pumps.
  • 140. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    84
    • Producción de crudo pesado y bitumen (< 12 ° API) con cortes de arena hasta 50.
    • 141. Producción de crudos medianos (de 12 a 20 ° API) con contenido limitado de H2S.
    • 142. Producción de crudos livianos dulces (> 20 API) con limitaciones en el contenido de aromáticos.
    • 143. Pozos de agua superficial
    • 144. Pozos productores con altos cortes de agua y temperaturas relativamente altas.
    • 145. Evaluación de nuevas áreas de producción.
    RANGO DE APLICACION
  • 146. CONCLUSIONES
    Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    85
    • Las varias ventajas que aporta este sistema lo hace más confiable en la producción de petróleos pesados. Este tipo de levantamiento es de gran ayuda en el aporte de energía, ya que del petróleo pesado se puede sacar más derivados.
    • 147. Esta tecnología que ha demostrado ser una de las más eficientes en levantamiento artificial, en la producción de petróleos con elevada viscosidad y en pozos de difícil operación.
    • 148. Utilizando este sistema se tendría una recuperación rentable de petróleos pesados. La selección de cada uno de sus componentes lo hace más eficiente que los otros sistemas de recuperación secundaria.
  • Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    86
    American Petroleum Institute, NORMA API, “Progressive cavity pumps systems for artificial lift—Part 1: Pumps —Part 2: Surface drive systems”, | 1220 L Street, NW | Washington, DC 20005-4070 | USA Petroleum and natural gas industries.
    Hirschfeldt Marcelo, “Manual de Bombeo de Cavidades Progresivas”, Versión 2008V1, Argentina, Junio de 2008.
    Chacín Nelvy, Bombeo de Cavidad Progresiva, ESP OIL INTERNATIONAL TRAINING GROUP, Venezuela, 2003.
    Veil J.A., Langhus, B.G. and Belieu, S.: “Feasibility Evaluation of Downhole Oil/Water Separation (DOWS) Technology, ”Technical Report for U.S. Department of Energy, Jan. 1999.
    BIBLIOGRAFIA
  • 149. Bombeo por Cavidades Progresivas-PCP
    87
    Matos Gutierrez Jaime Aquiles, Optimización de la producción por sistema PCP, Tesis de Grado, Lima- Perú, 2009.
    Farías Laura, Hirschfeldt Marcelo, Explotación de pozos con PCP en yacimiento Diadema, Tesis de Grado, 2006.
    Ciulla Francesco, Principios fundamentales para diseños de bombas con cavidad progresiva, 2003.
    Haworth, C.G., 1997. Updated field case studies on application and performance of bottom drive progressing Cavity pumps, SPE 39043, Rio de Janeiro, Brazil, Septiembre 1997.
    BIBLIOGRAFIA