esp components

Pgina.-1Manual de Servicio de Campo- Componentes ESP

Wood Group ESP, Inc.

COMPONENTES DEL SISTEMA DE BOMBEOELECTROSUMERGIBLE

INDICE

1.0 SISTEMA2.0 BOMBA3.0 SUCCIN DE ENTRADA4.0 SELLO5.0 MOTOR6.0 CABLE7.0 CONTROLADOR DE MOTOR8.0 VARIADOR DE FRECUENCIA9.0 CONTROLADOR DE ARRANQUE SUAVE10.0 TRANSFORMADORES11.0 EQUIPOS Y SERVICIOS

VLVULAS DE RETENCIN Y DE DRENAJECABEZA DE POZOCAJA DE VENTEOINSTRUMENTAL DE ADQUISICIN DE DATOS DE FONDOFLEJES DE CABLECENTRALIZADORES Y GUAS DE MOTORREVESTIMIENTOS ANTICORROSIVOSGUARDACABLES PLANOSNIPLE REDUCTORPOLEA GUA CABLECARRETOS DE CABLESOPORTE DE CARRETO

12.0 APLICACIONES ESPECIALES: LINEAMIENTOS PARA APLICACIONES DEBOMBAS RESISTENTES A LA ABRASIN

13.0 SISTEMA DE BOMBEO HORIZONTAL14.0 CAMISA DE MOTORES15.0 EMPAQUETADORES16.0 NODOS DE SACRIFICIO

Pgina. -2 Derechos Reservados Wood Group ESP, Inc. 09, 2001


INTRODUCCIN A LOS COMPONENTES DEL SISTEMA DEBOMBEO ELECTROSUMERGIBLES

1.0 SISTEMAEl sistema de bombeo electrosumergible constade componentes de fondo de pozo y desuperficie. Los componentes de superficie sontransformadores, controladores (paneles de con-trol o variador de frecuencia), caja de venteo yla cabeza de pozo (donde se encuentra el pasajedel cable de potencia y el tubing de descarga).Los principales componentes de fondo de pozoson el motor, el sello, la bomba, el separador degas (rgs o xgc) y el cable. Otros elementosadicionales pueden incluir vlvulas de retenciny drenaje, bandas de cable, guardacablesplanos de motor e instrumental de captura dedatos. La Figura 1 es un diagrama esquemticode una instalacin de bombeo electrosumergible.La bomba se conecta al fondo de la columna detubing a traves de la cabeza de descarga de lamisma. Normalmente el cabezal se encuentraabulonado a la parte superior de la bomba, peroen algunos casos puede ser parte integral delensamblaje de la bomba. La bomba es centrfugamultietapa que habitualmente est armada comoconfiguracin tipo tandem central. La bombapuede estar constituida por una nica pieza comose ve en la Figura 1 o puede estar constituidapor dos o ms bombas ensambladas juntas comose ve en la Figura 2.

El fluido ingresa por la succin de la bomba. Estasuccin est ensamblada en la parte inferior dela bomba. La succin de entrada (Figura 2)habitualmente es una estndar con una malla oun separador de gas.

Ubicado entre la succin de la bomba y el motorse encuentra el sello ESP (sigla que correspondea equipo de bombeo electrosumergible) (otrosfabricantes tambien los llaman son protector oecualizador). Est diseado para evitar laentrada de los fluidos del pozo al motor, al tiempoque provee un reservorio para la expansin del aceite del motor. Tambin permite la ecualizacin delas presiones entre el motor y el pozo. El cojinete absorbe el empuje proveniente del eje de la bomba.El sello puede ser una unidad individual como se ve en las Figuras 1 y 2 o pueden instalarse entandem si se desea tener sellos adicionales y una capacidad para volumen de aceite apta paramotores con ms potencia. El nmero de sellos mecnicos vara segn el tipo de seccin de sello



utilizado. El agregado de estos sellos de eje nonecesariamente implica una mejora.

El motor se encuentra conectado al fondo de laseccin del sello. Se trata de un motor trifsicobipolar de induccin tipo jaula de ardilla quecontiene un aceite de alta capacidad dielctrica.

En una aplicacin de 60 ciclos el motor rota aunas 3400 - 3500 RPM dependiendo de la carga.

Puede estar constituido por una unidad individual(como se ve en la Figura 1) o por dos o msmotores ensamblados en tandem como se ve enla Figura 2. La parte inferior del motor puedecontar con una base integrada, una base univer-sal o un dispositivo sensor de fondo de pozoadjunto, como se muestra en la Figura 2.

La energa elctrica llega al motor a travs de uncable de potencia. Un cable especial llamado cableplano de motor (MLC) est instalado desde la ter-minal del motor (o enchufe para cable plano) hastauna ubicacin por encima de la bomba. En estepunto el cable de energa se empalma con el MLC.El cable se ensuncha a la bomba y el tubing,utilizando dos bandas por cada tramo de tubing,hasta la cabeza de pozo.La cabeza de pozo es especial, dado que tieneque lograr que el cable elctrico pase a travsdel colgador hacia la superficie.

Entre la cabeza de pozo y el controlador del mo-tor (paneles de control o variador de frecuencia)hay una caja de venteo. Dentro de la caja deventeo, el cable se separa y el conductor de cobrequeda descubierto. Los conductores luego seconectan en los bloques terminales aislados, loque permite que cualquier gas que haya podidomigrar hacia arriba por el cable pueda escapar ysea venteado a la atmsfera.

El equipo de superficie restante consiste en uncontrolador de motor y uno o mstransformadores.

Se aconseja aprender cules son loscomponentes del sistema de bombeoelectrosumergible y familiarizarse con losdiferentes tipos de bombas y sus aplicaciones.Tambin es recomendable estudiar y aprendercules son las diferentes series, smbolos, etc.Esto resultar de suma importancia en elcampo. Tambin se recomienda ser capaz dedimensionar un sistema de bombeoelectrosumergible completo.



2.0 BOMBALa bomba es de diseo tipo centrfugo multietapacomo se muestra en la Figura 3. Una etapaconsiste de un impulsor y un difusor (Figuras 4 y5). El tipo de etapa utilizada determina el volumende fluido que se podr producir, y la cantidad deetapas determina la altura total de elevacingenerada y la potencia requeridas. El impulsorse fija al eje mediante una chaveta y rota a lasRPM del motor. La fuerza centrfuga hace que elfluido se desplace desde el centro (u ojo) delimpulsor hacia afuera. Estas fuerzas impartenenerga cintica y potencial al fluido.

El difusor es estacionario y tiene como funcinpermitir el flujo eficiente de los fluidos de unimpulsor a otro y convertir una porcin de lavelocidad (energa cintica) en presin (energapotencial).

Las etapas (combinaciones de impulsor - difusor)estn colocadas sobre un eje ranurado para luegoser calzadas dentro de un alojamiento de acero.Cuando la cabeza roscada y la base se atornillanal alojamiento, ejercen compresin contra el bordeexterior del difusor. Esta compresin es la quemantiene estacionarios a los difusores. Si, poralguna razn, esta compresin dejase de existir,los difusores quedaran libre para rotar y estarotacin hara casi imposible que la bombaprodujera altura de elevacin y hara girar a losdifusores.

Los impulsores tienen un diseo de vano curvocompletamente contenido, cuya eficiencia mximaes una funcin del tipo y diseo del impulsor.Existen dos tipos de impulsores utilizados enbombas electrosumergibles para pozospetrolferos: las de flujo radial (tipo panqueque) ylas de f lujo mixto. Las etapas radialesgeneralmente van de los 150 BPD a los 2500 BPD(ver Figura 4). La etapa radial es una etapa planay resulta ser el diseo ms eficiente para estosbajos caudales. La etapa de flujo mixto vaaproximadamente desde los 1700 BPD a ms de45.000 BPD (Figura 5). Las Figuras 3, 6, 7 y 8muestran construcciones de bombas de flujo ra-dial y mixto. La eficiencia generalmente se incre-

menta con mayores caudales y dimetrosexistentes en relacin con el bombeo de pozosde petrleo. La eficiencia operativa es una funcindel porcentaje de capacidad de diseo al cual seopera el impulsor. La relacin matemtica entrealtura, capacidad, eficiencia y potencia al frenose expresa como:

000,136...

3960...

xEffGrQxHxSp

xEffGrQxHxSpBHP ==

Donde:Q=Volumen,GPM Q=Volumen,BFPDH=Altura, Ft (pies)SpGr.=Gravedad especfica del fluido

BHP = Potencia al frenoH, Eff., SpGr. & BHP tienen las mismas unidadesen ambas ecuaciones

El fluido entra por el ojo del impulsor (ver Figura4 y 5). Los vanos en el impulsor crean canales atravs de los cuales se direcciona el fluido. Eltamao del impulsor (o el volumen entre la camisasuperior y la inferior) determina el volumen porunidad de tiempo (o barriles por da (BPD) quese pueden producir.Las curvas en la Figura 9 describen el desempeode un tipo de bomba (o etapa) en particular. Todoslos fabricantes describen sus bombas con estetipo de curva. El eje vertical izquierdo se mide enpies y metros de altura (o elevacin). El eje hori-zontal inferior se mide en BPD (barriles por da) ymetros cbicos por da. La curva bajo el rtuloAltura - Capacidad define la elevacin (o altura)que puede producir el impulsor a todos losvolmenes disponibles. Como ejemplo, a 2200BPD una etapa nica TD-2200 como en la Figura9 producir 24,5 pies de elevacin (o altura).

Cabe destacar que las bombas centrfugas semiden segn la altura que producen y no segnla presin. Los 24,5 pies de elevacin del ejemploanterior representan 10,61 PSI para un fluido congravedad especf ica 1,00. Sin embargo, elimpulsor producir los mismos 24,5 pies deelevacin para un fluido con gravedad especfica



de 0,85 con una presin asociada de 9,02 PSI.Esto ocurre debido a que la fuerza centrfuga queactan sobre el f luido es la mismaindependientemente de la densidad del fluido.

La densidad s afecta la potencia (en caballos defuerza - HP) requerida para lograr la elevacinen el fluido. La curva en la Figura 9 bajo el rtulode Potencia del Motor define los requerimientosde caballos de fuerza para este impulsor paradiferentes volmenes. El primer eje vertical de laderecha est medido en HP de potencia del mo-tor. Estos HP se basan en el bombeo de aguacon un peso especfico de 1,00. Como ejemplo, a2200 BPD, la bomba de una etapa de la Figura 9requerir 0,58 HP si el fluido tiene una gravedado peso especfico de 1,00. Para un fluido con unagravedad especfica de 0,85, la bomba slorequerir 0,85 (0,58) o 0,49 HP.



La potencia de salida (o potencia hidrulica (HHP))que desarrolla la bomba se puede calcular a partirde la curva de capacidad de elevacin encualquier punto de la lnea de BPD.

La potencia de entrada (o potencia al freno) sepuede determinar con la curva de potencia delmotor en cualquier punto de la lnea de BPD. Aldividir la potencia de salida por la potencia deentrada en cada uno de los puntos de la curvade BPD, se puede desarrollar la curva deEficiencia de la Bomba de la siguiente manera:

2200 BPD x 24.5ft x 1.00136,000Hydraulic HP =

Hydraulic HP = 0.396Brake HP =0.58Efficiency = 0.396/0.58 x 100 = 68.2%

El eje vertical derecho de la Figura 9 se mide enporcentaje de eficiencia. A veces las curvas noconcuerdan con el clculo debido a errores enlas lecturas y en la reproduccin de las curvas.Por este motivo, el API ha establecido que debernutilizarse los coeficientes matemticos paradeterminar la altura, potencia y eficiencia de cadaetapa. Ms adelante en esta seccin se trata elpunto de estos coeficientes.

Las curvas publicadas habitualmentecorresponden a bombas de una etapa pero aveces la curva puede estar expresada en una basede 100 etapas. En el ejemplo arriba mencionado,si viramos la altura a 2200 BPD para una curvade 100 etapas, leeramos 2450 pies. Las curvastambin van en funcin de las RPM y las RPMcorrespondientes a la curva aparecern en unlistado. Cambiar las RPM del impulsor afecta lascurvas de altura y de potencia segn las leyes deafinidad para bombas. Cubriremos este tema enla seccin referente a los variadores defrecuencia.



Todas las bombas centrfugas desarrollan empuje axial. El empuje del impulsor tiene 4 componentes.Ver la Figura 10 (Empuje de Bombeo Axial) respecto de la descripcin de cada uno de los componentes,el empuje hidrulico total y el empuje total. El empuje axial es un factor importante para establecer elmejor rango operativo de una bomba centrfuga. Ver Fig. 11, en donde se muestra la tpica curva deempuje en relacin con la capacidad para todo el rango correspondiente a un tipo particular de bombay se ve dnde se da el empuje ascendente o descendente en relacin con la curva de capacidad deelevacin.

Las bombas centrfugas multietapa se pueden configurar de diversas maneras, como bomba flotante(1), como bomba de compresin (impulsor fijo) (2) o como una bomba flotante de fondo (una combinacinde 1 y 2) (3). Cada una se define en las descripciones que encontramos a continuacin:

1. CONSTRUCCIN DE UNA BOMBA FLOTANTE (Fig. 13)Cada impulsor en una bomba flotante tiene libertad de movimiento ascendente y descendentesobre el eje dentro de los confines del difusor, como se muestra en la Figura 11. Las arandelasde empuje (Figura 12) en el impulsor absorben el empuje de la etapa. La cantidad de empujevara segn la cantidad de fluido que se bombee. Una bomba flotante deber operarse siempredentro del rango de operacin recomendado. El cojinete de empuje de la seccin de sellossoporta el empuje del eje y la presin de descarga de la bomba que actua en la seccin transversaldel eje. Si bien el impulsor recibe el nombre de flotante, la arandela de impulso descendentegeneralmente est en contacto con la almohadilla del difusor cuando la bomba funciona dentrodel rango operativo recomendado. La arandela de empuje tambin funciona como sello y minimizala recirculacin del fluido hacia adentro de la etapa.



2. CONSTRUCCIN DE UNA BOMBA DECOMPRESIN (Fig. 14)Los impulsores en una bomba decompresin no tienen libertad de movimientoascendente y descendente. Los bujes decada impulsor estn en contacto con losbujes vecinos. La arandela de empujedescendente no brinda soporte al empujeen ninguna etapa. El cojinete de empuje delsello da soporte a todo el empuje, tanto elde la etapa como el del eje. La bomba decompresin puede funcionar por fuera delos rangos recomendados sin causar daosserios a las partes de la etapa. Serecomienda actuar con precaucin,especialmente en bombas de alto volumen,y no operar demasiado por fuera de losrangos de operacin en la parte derechade la curva. Este tipo de bomba es msdifcil de ensamblar que una de diseo detipo flotante debido a que las toleranciasrequeridas para los impulsores y difusoresson ms ajustadas. Los cojinetes de empujecon capacidad para cargas mayores handeterminado que este tipo de construccinsea ms popular y factible. Por supuesto,los costos tambin son mayores. Este tipode construccin normalmente tiene unamejor resistencia a los abrasivos,comparada con una bomba flotante o unaBFL (ver la Fig. 14 A para una gua sobreel tipo de bomba, flotante o de compresin,a utilizar en los casos en que es probableque se extraigan abrasivos junto con el fluido del pozo).

3. CONSTRUCCIN DE FLOTANTE INFERIOR (BFL) (Fig. 15)La bomba BFL est constituida por alrededor de un 40% de sus impulsores en compresin yalrededor de un 60% flotantes. Las arandelas de empuje de los impulsores soportan a la totalidaddel empuje de la bomba, es decir que las arandelas de empuje de los impulsores en la seccin decompresin soportan a la totalidad del empuje del eje y el de la etapa para los impulsores en laseccin de compresin y las arandelas de empuje en el impulsor dan soporte al empuje de laetapa en la seccin flotante. Este tipo de construccin fue desarrollada hace muchos aos paraampliar la capacidad de elevacin del equipo de bombeo electrosumergible. En ese entonces nohaba cojinetes de impulso en los dimetros requeridos para la capacidad de carga de los cojinetesactuales. Este tipo de bomba resulta mucho ms difcil de ensamblar para lograr el espaciadoadecuado de manera que todas las etapas de compresin soporten parte de la carga de empuje.Cuando la bomba ha estado funcionando y requiere ser probada o es necesario desmantelarla,normalmente se encuentra que lla seccin de compresin est gastada en empuje descendentemientras que la seccin flotante todava est en buenas condiciones.



Cada etapa centrfuga estdiseada para producir dentro de un cierto rangode volmenes. Existe un punto de mejor eficiencia(BEP) para cada etapa. Cada tipo de etapa tienesu rango recomendado. En la Fig. 9, el rangorecomendado es sombreado en las curvas. Elrango recomendado para la TD-2200 va desde1400 BPD hasta 2800 BPD. En todo el rangooperativo, las fuerzas en cualquiera de los doslados de la cara del impulsor son tales queminimizan la cantidad de impuje que se transmitiraa los soportes del difusor. Cuando un impulsoropera con un volumen mayor que elrecomendado, puede darse que el impulsor estoperando con empuje ascendente (ver Figura 11).Cuando opera con empuje ascendente, lasfuerzas sobre el lado de descarga son menoresque sobre el lado de succin del impulsor, lo cualda por resultado un empuje ascendente neto. Ala inversa, cuando el impulsor produce menoscapacidad que la capacidad de diseo, se creaun empuje descendente. Cuando hay empujedescendente, se genera mayor presin en el ladode la descarga de la etapa, lo cual fuerza alimpulsor hacia abajo. El desgaste por empujedescendente es una de las principales causasde falla de la bomba.

Para lograr una vida til ms prolongada, esnecesario operar la bomba segn el BEP correcto(punto de mejor eficiencia). Es decir, lo mejor esoperar el impulsor a presiones menores en todala etapa y con mayores volmenes pero siempredentro del rango operativo recomendado. Porsupuesto esto quiere decir que la bomba requerirms etapas para lograr la misma elevacin y queperder algo de eficiencia. Ser necesarioanalizar cada aplicacin teniendo en cuenta lacuestin de la vida til versus eficiencia.

La curva de la bomba (o impulsor) se utiliza paradimensionar un equipo electrosumergible deacuerdo con la productividad del pozo. Comoejemplo, estimemos que un pozo producir 2200BPD con un requerimiento de elevacin total(altura dinmica de elevacin (TDH)) de 5000 pies(el clculo de la elevacin ser tratado en elprximo captulo.) Si entramos en la curva de laFigura 9 a 2200 BPD, encontramos que la bomba

de una etapa logra una altura de 24,5 pies poretapa. Al dividir el requerimiento total de elevacinpor la altura por etapa disponible, podemosdeterminar el nmero total de etapas necesariaspara la bomba. En este ejemplo, se requeriran204 etapas del impulsor TD-2200 para una alturade 5000 pies a un ritmo de 2200-BPD.

Etapas = altura total (TDH)/ elevacin por etapa = 5000 pies/ 24,5 pies por etapa = 204 etapas

La descripcin oficial de las curvas defuncionamiento de la bomba est dada por unconjunto de coeficientes utilizados con lassiguientes ecuaciones polinmicas.

H = C5Q5 + C4Q

4 + C3Q3 + C2Q

2 + C1Q + C0

donde H = altura en pies Q = Volumen en BPD CN= Coeficiente de altura por tipo de etapa,y

BHP = C5Q5 + C4Q

4 + C3Q3 + C2Q

2 + C1Q + C0

donde BHP = Potencia al freno Q = Flujo en BPD CN= coeficientes BHP por cada etapa

El uso de estos coeficientes no es un requisitopara la mayora de las aplicaciones dedimensionamiento. Sin embargo, se los puedeutilizar para determinar con precisin la altura, lapotencia o la eficiencia para cualquier volumencorrespondiente a un impulsor. Estos coeficientestambin deberan utilizarse al elaborar softwarede computadora para disear instalacioneselectrosumergibles o cuando se testea eldesempeo de una bomba segn lasespecificacin RP 11S2 del API.

Gracias al uso de materiales resistentes a lacorrosin, impulsores y difusores de aleacinNi-resist (hierro con alto contenido de niquel) oimpulsores de moldeado no-metlico de sulfurode polifenileno (Ryton) con ejes K-monel, Nitronic50 e Inconel, se puede minimizar el desgaste dela bomba y la corrosin. La mayora de las etapas



son Ni-resist. Sin embargo, a menos que se especifique lo contrario, los alojamientos, las cabezas y lasbases de las bombas, los sellos y los motores son de acero al carbono. En aplicaciones corrosivas, elequipamiento deber ser recubierto o la especificacin deber indicar alojamientos de acero ferrtico ycabezas y bases de acero inoxidable 416.Utilizar una bomba electrosumergible en una aplicacin determinada es mucho ms fcil si se cuentacon una slida base de conocimientos en relacin con los tipos de bombas y los rangos de volmenesdisponibles. Muchas veces, muchos tipos de bombas diferentes pueden funcionar para la mismaaplicacin. La seleccin de la bomba adecuada para la aplicacin surge de la experiencia y elconocimiento de la operatoria de cada tipo de bomba, a fin de mejorar la eficiencia del sistema y lostiempos de operacin del equipo.NOTA: Es sumamente importante familiarizarse con las series relacionadas con el equipo de bombeoWG ESP.Los siguientes son tamaos y roscas estndar para cada serie de bombas. Algunos tamaos que noaparecen en la lista se encuentran disponibles por pedido especial. La conexin de la cabeza dedescarga es una conexin tipo hembra.

Serie y tipo O.D. Cabeza de descarga338 TA 2-3/8 EUE 8RD 3.38400 TD 2-3/8 EUE 8RD 4.00513 TG 3-1/2 EUE 8RD 5.13538 TE 3-1/2 EUE 8RD 5.38562 TH 3-1/2 EUE 8RD 5.62675 TJ 5-1/2 8RDRosca del Casing 6.75862 TM 7 8RDRosca del Casing 8.62960 TN 7 8RDRosca del Casing 9.60

Los tipos estndar de succin para cada una de las series de bombas se presentan a continuacin:Serie y tipo Succin de entrada338 TA TA - BO o TR3 RGS CCW400 TD TD - BO o TR4 RGS CCW o TR4XGC513 TG TG - BO o TR5RGS CCW o TR5XGC538 TE TE - BO o TR5RGS CCW o TR5XGC562 TH TH - BO675 TJ TJ - BO862 TM TJ - BO960 TN TN - BO (Nota: BO = abulonable)

Descripcin tpica de la placa de identificacin en unabomba WGESPTipo: TD o TM indica el Modelo (por ej., 400, 862).1200 o 520 indica el tipo de etapa (por ej., BFPD o GPM @BEP (punto de mayor eficiencia)(TM520 hasta TN1050 representan GPM).C-Construccin con compresin o corte de impulsor C

1235482D5C01684

TD-1200135 8

11/16400

1176902M5F01842

TM-520-C10 10

1 3/16862



3.0 SUCCIN DE ENTRADA

Hay tres tipos de tomas de succin de entrada de labomba. La toma estndar, el separador de gasesttico (flujo inverso) y el separador de gas rotativo.(Se recomienda leer los trabajos del SPE 9218 y9219 referentes a separadores de gas.)

La succin estndar (ver Figura 16) es para pozosque producen con un nivel de gas libre o relacinvapor/ lquido (VLR) muy baja. Las condiciones en cuanto a cantidad de gas libre por volumen en lasuccin de la bomba deben ser de no ms de 10% a 15% por volumen (la seccin sobre produccin enpozos con alta relacin gas/ lquido (GLR) brinda ms informacin sobre este tema). La succin estndarcuenta con varios puertos de considerable tamao, lo que le permite al fluido pasar hacia la seccininferior de la bomba e ingresar en la primera etapa. En la mayora de los casos, los orificios son de 1de dimetro. La succin de la Figura 16 est equipada con una pantalla para mantener a la bombalibre de residuos. La succin est atornillada en le extremo inferior de la bomba, cuyo eje est conectadoa travs de un acoplamiento estriado. Hay dos bujes de ni-resist en la parte superior y en la parteinferior de la entrada para brindar soporte al eje.



El separador de gas esttico consiste en una succin de flujo inverso. Este tipo deseparador, en la mayora de los casos, separa hasta un 20% (por volumen) de gaslibre. El fluido se desplaza hacia arriba por la cara exterior del separador de gas ydespus debe invertir el sentido al entrar en los orificios perforados en el separador.El fluido cambia de direccin para volver a bajar hasta el impulsor colector. Una porcindel gas se separa y viaja hacia arriba hasta el espacio anular del pozo. El resto delfluido sigue por dentro del impulsor colector cambiando de direccin y ascendiendohasta la primera etapa de la bomba.

El separador rotativo (ver Figura 16.A) separa el gas libre con una eficiencia de msdel 90% en la mayora de los casos. El separador de gas rotativo debe utilizarse en loscasos en los que el gas libre presente en la entrada excede el 20% (VLR 0,25), amenos que haya presencia de material abrasivo en el fluido, en cuyo caso el uso delseparador rotativo debe ser estudiado detenidamente.

Si bien el separador rotativo es muy eficiente, existen casos en los que se produce unbloqueo por gas en la bomba. Si la presin de entrada de la bomba baja tanto que seproduce un flujo tapn, entonces habr momentos en los que el nico material presenteen la entrada sea gas. Durante estos intervalos, slo entrara gas en la bomba.

El separador de gas XGC del sistema de bombeo electrosumergible (ESP) (Fig 16B)resuelve el problema del bloqueo por gas al introducir una cmara de compresin quevuelve a comprimir el gas dentro de la solucin y rompe las grandes burbujas de gasen burbujas ms pequeas y ms manejables. Este proceso reduce el porcentaje degas libre y le permite a la bomba funcionar sin bloqueos por gas en pozos con altoGLR. El sistema XGC consiste en dos separadores de gas de las series 400 o 500operando en tandem, ms el compresor XGC. El compresor se ubica entre losseparadores y la bomba. El compresor XGC representa un sustancial aumento de lacapacidad de la bomba para manejar la presencia excesiva de gas, lo que resulta enuna eficiencia total de separacin de fondo de pozo de ms del 75%.

Cada una de estas succiones le permite a la bomba operar con mayor xito a menorespresiones de succin de entrada para cualquiervalor dado del coeficiente VLR.

Descripciones tpicas de la placa deidentificacin del Separador de Gas WGESP(Rotativo o XGC)

Guas de AplicacinTipo Eficiencia mximaTR3RGS 2440 BFPDTR4RGS 4000 BFPDTR5RGS 7000 BFPD 140904

4D0H00123P400

X

TR4

10040014D5H12345400 TR4



4.0 SECCIN DE SELLOS

La seccin de sellos cumple cinco importantesfunciones. El sello posibilita la expansin del aceitedel motor, evita que los fluidos del pozo entren almotor, proporciona un cojinete de empuje paraabsorber la carga de la bomba, sirve comoconexin mecnica entre la bomba y el motor yecualiza la presin interna del motor con la delpozo.

Con los sucesivos arranques y paradas, el motorse calienta y se enfra y el aceite se expande y secontrae. El sello provee cmaras que permiten laexpansin y contraccin, al tiempo que mantienenel fluido del pozo fuera del motor.

Tanto el motor como la bomba y el sello confrecuencia estn sumergidos bajo varios miles depies de fluido. La seccin de sello permite que lapresin del motor y la del espacio anular seecualicen, de modo que haya muy poca presinen los sellos mecanicos del eje (Figura 17) o enla conexin del enchufe del cable plano. Lapresin del sello y del motor se ecualiza con ladel espacio anular en el momento en que la unidades instalada dentro del pozo

La Figura 18 muestra un corte de un sello tipolaberinto. Este tipo de sello tiene una interfaceentre el aceite del motor y el fluido del pozo en lacmara superior. El fluido del pozo puede ingresara travs del tubo, localizado junto al eje, y subirhasta la cabeza del sello. Generalmente, el fluidodel pozo es ms denso que el aceite del motorpor lo que desciende hacia el fondo de la cmarasuperior, y el aceite de motor forma una capaencima de ste. Si el fluido del pozo desplaza porcompleto al aceite del motor, desciende por el eje,atravesando la seccin de cojinetes hasta llegara la cmara inferior. El fluido deber desplazar alaceite nuevamente para poder subir hasta la partesuperior de la cmara inferior antes de bajar porel eje y entrar al motor. La Figura 20.A muestraun sello tipo laberinto TR5 RS con el cojinete deempuje ubicado por debajo de la cmara inferioren lugar de entre las dos cmaras como se ve enla Figura 18. Este tipo de sello puede tener dedos a cuatro cmaras y sellos mecanicos de eje.En algunas aplicaciones, los equiposelectrosumergibles pueden operar en un ngulocercano a la posicin horizontal. En estos casoses claro que un sello de tipo laberinto podrbrindar poca proteccin. Las restricciones parano utilizar una seccin de sello de tipo laberintoson: cuando el ngulo de desviacin supera los45 y cuando la gravedad API supera los 25grados utilizando aceite Rocon #2 (34 grados sise utiliza aceite Terrestic 220) . Para estos casosse ha desarrollado un sello tipo bolsa (ver Figuras19 y 20). La construccin de este tipo de sello essimilar a los del tipo laberinto, pero en lugar deuna interface para aceite de motor y fluido de pozo,este sello utiliza una barrera elastomrica paraseparar los fluidos, como se ve en las Figuras 19y 20. Este tipo de sello tambin puede ser usadoen tandem con otro sello tipo bolsa o tipolaberinto.Cuando se los usa en tandem y conmotores de alta potencia, se recomienda el usode un sello de doble bolsa con las bolsas enparalelo.

Los cojinetes de empuje en el sello en unaconstruccin flotante soportan slo el empujeejercido por el eje de la bomba. En una bombade compresin (de etapa fija), el cojinete deempuje del sello es el encargado de llevar la



carga del eje ms el empuje del impulsor. La carga mnima de empuje es la presin de descarga por lasuperficie del eje. El empuje descendente es un problema mayor para el sello que el empuje ascendente.Cuando la bomba opera con empuje descendente, parte del enpuje de varios cientos de impulsorespuede ser transferida al cojinete de empuje . En el empuje ascendente, el impulsor empieza a desgastarsey a crear vibracin, lo que puede daar los sellos del eje en el rea del sello.

Estos cojinetes de empuje no son cojinetes a bola ni a rodillos, sino que son cojinetes del tipo marino(hidrodinmicos). Para que este tipo de cojinete (ver Figura 21) opere correctamente debe haber unadelgada capa de aceite que se deslice por la superficie del cojinete. El cojinete puede tener unasuperficie con babbit o polmero sobre los cojines para impedir que se trabe en caso de que se produzcanresiduos por el desgaste o si entrararan materiales extraos al sello. Cuando se pone en marcha launidad, la zapata mvil lubrica el cojinete axial con aceite.

Los mayores enemigos del cojinete de empuje son el empuje excesivo, la vibracin, la falta de alineaciny la presencia de materiales o fluidos extraos.El sello requiere una pequea cantidad de potencia. Las Figuras 22 y 23 son una represenatacngrfica de los requerimientos de potencia (en caballos de fuerza) en relacipon con la carga para lossellos TR4 y TR5. Generalmente, los requerimientos en cuanto a potencia son lo suficientementebajos como para no ser tenidos en cuenta al dimensionar el motor de acuerdo con la aplicacin de labomba.

El sello est conectado al motor por la base del sello.

Descripcin tpica de la placa de identificacin de un Sello WGESPTipo: Cuando en la placa de identificacin de una seccin de sello individual aparece una serieindividual, esto indica que el patrn de pernos del cabezal y la base de la seccin de sellos es elmismo. Por ejemplo: Serie 500 con un cabezal y una base de la serie 500.

10195953G5D01743500

XTR5-SBG



5.0 MOTOREl motor utilizado en el sistema electrosumergible es un motor trifsico bipolar de induccin tipo jaulade ardilla y su diseo es parecido al de los motores utilizados en unidades de bombeo mecnico. Porsupuesto, el dimetro del motor del electrosumergible debe ser pequeo para encajar dentro de lasdimensiones del casing del pozo.

El trmino bipolar deriva del hecho de que haya dos polos magnticos, (polo norte y polo sur)generados por un campo electromagntico. Al ser una mquina bipolar, el motor tiene 3600 RPMsincrnicas con una frecuencia en el suministro de potencia de 60 hertz. La definicin de las revolucionespor minuto sincrnicas para un motor se derivan de la siguiente manera:RPM sincr. = (hertz x 120) / polos = 60(120)/2 = 3600 RPM sincr.Cabe destacar que las RPM del motor son directamente proporcionales a la frecuencia en el suministrode potencia (hertz).

Con un motor de induccin, la velocidad sincrnica implica las RPM a las que girara el motor de nohaber carga del eje ni prdidas internas en el motor. Dado que es imposible que un motor opere sinprdidas, en realidad nunca funciona exactamente a la velocidad sincrnica. La velocidad sincrnicarepresenta las RPM a las que rota el campo magntico en el estator.

El motor de induccin no tiene conexin elctrica al rotor. Las corrientes que fluyen hacia el rotor soninducidas all por el campo magntico del estator y corta las varillas de cobre en la jaula de ardilla delrotor. Esta corriente produce un campo magntico, que repele el campo magntico del estator y haceque gire el rotor. Si el rotor llegara a velocidad sincrnica, no habra induccin de corriente. La Figura24 muestra un diagrama de referencia de una seccin transversal del motor en donde se ven las lneasde flujo.

Las lneas de flujo representan la fuerza del campo magntico. El rea que presenta la mayor circulacinde lneas de flujo es la de mayor intensidad, quecorresponde a las partes con mayor corriente.

Nota: los Motores Electrosumergibles paraaplicaciones de fondo de pozo en yacimientospetrolferos no se disean segn indicacinalguna de la NEMA. Las siguientes descripcionesse presentan slo a modo de referencia. Lamayora de los motores para fondo de pozo entrandentro de la clasificacin de Diseo B.Clasificaciones de Diseo de Motores



segn las normas NEMADiseo ADiseado para soportar un arranque de voltaje directo y para desarrollar un torque de traba de rotor,traccin ascendente y falla como se muestra. Tambin excede los valores mostrados para las corrientesde traba del rotor, para lo que cuenta con una cua a una carga nominal de menos del 5 por ciento.

Diseo BDiseado para soportar un arranque de voltaje directo y para desarrollar un torque de traba de rotor,de traccin ascendente y falla como se muestra. Tambin est diseado para no exceder los valoresmostrados para las corrientes de traba del rotor y cuenta con una cua a una carga nominal de menosdel 5 por ciento.

Diseo CDiseado para soportar un arranque de voltaje directo y para desarrollar un torque de traba de rotorpara aplicaciones especiales de torque alto y de traccin ascendente y falla hasta los valores que semuestran. Tambin est diseado para no exceder los valores mostrados para las corrientes de trabadel rotor y cuenta con una cua a una carga nominal de menos del 5 por ciento.

Diseo DDiseado para soportar un arranque de voltaje directo y para desarrollar un torque alto de traba derotor como se muestra con valores de corriente de traba del rotor que no excedan los valores mostradoscon una cua a una carga nominal de 5 por ciento o ms.

Diseo EDiseado para soportar un arranque de voltaje directo y para desarrollar un torque de traba de rotor yde traccin ascendente y falla como el que se muestra. Tambin tiene corrientes de traba del rotor queno deben exceder los valores mostrados y cuenta con una cua a una carga nominal de menos del 5por ciento.

Para los motores NEMA, los valores de torque en las tablas a continuacin estn expresados enporcentajes de torque de carga total y son los valores mnimos requeridos. El rango de torque se basaen los rangos de potencia entre 7,5 y 200 HP respectivamente.

Torque de Torque Torque Corriente derotor trabado ascendente de falla rotor trabado

Diseo A 140-100 100-90 200 > 5-6 x nominalDiseo B 140-100 100-90 200 < 5-6 x nominalDiseo C* N/A N/A N/A < 5-6 x nominalDiseo D** 275 N/A N/A < 5-6 x nominalDiseo E 150-90 100-70 200-170 < 7 x nominal*Diseo C normalmente corresponde a motores con 4 polos o ms y habitualmente presentaun rotor en doble jaula de ardilla.**Diseo D no tiene valores para el torque de traccin ascendente ni de falla porque la curvadesarrolla el torque mximo en el arranque.



Cuanto ms carga se le aplique al eje del motor,ms lento gira el mismo. Sin embargo, las RPM mslentas inducen ms corriente, lo que permite almotor producir mayor torque. La Figura 25 muestrala velocidad versus torque de los motores diseadosbajo las normas NEMA B (National ElectricalManufactures Association). Las caractersticas delmotor de la bomba electrosumergible se aproximanal diseo NEMA B.

La pendiente de la curva del torque es tal que, amedida que la velocidad comienza a caer pordebajo del nivel del 100%, el nivel del torquecomienza a incrementarse. Ntese que el torquepuede subir hasta casi 250% de la carga totalantes de que el motor se trabe por la sobrecarga,lo que significa que un motor de 50HP puedeproducir casi 100HP. Sin embargo, el amperajenecesario para lograrlo sera el doble que elestipulado en la placa de identificacin, como sever en la Figura 26. Esta sobrecarga no tardaraen daar al motor por recalentamiento.

Como mencionamos anteriormente, NEMA hacambiado los rangos de los motores que existanen el pasado al desarrollarse mejores materialesde aislamiento que soportan temperaturas msaltas. En las primeras pocas del desarrollo demotores, se utilizaba papel de pescado para laaislacin. Hoy en da tenemos cientos deproductos con propiedades de aislacin y lmitesde temperatura muy superiores como Kapton,Teflon, PEEK, Aflas, Viton, aceites sintticos,esmaltes para altas temperaturas y epoxy.

WGESP tambin ha realizado exhaustivaspruebas en sus instalaciones para determinar dequ manera se desempea un motor de undeterminado tamao de diametro con diferentescargas y voltajes.



La tabla que encontramos a continuacin ilustralas Clases de Aislacin y los Lmites deTemperatura de NEMA para cada una:Clase de Aislacin Lmite de Temperatura

Clase A 105 C 221FClase B 130 C 266FClase F 155 C 311FClase H 180 C 356FClase N 200 C 392FClase R 220 C 428F

El grfico siquiente muestra la Vida de la Aislacinen relacin con la Temperatura para las diversasclases de aislacin de NEMA:

Clase AClase BClase FClase HClase N

1,000,000

100,000

10,000

1,000100 140 180 220Temperatura - CO

Vida til de la Aislacin vs. Temperatura

20.000 = 2 Aos

Expe

ctat

iva

de v

ida

prom

edio

- H

oras

60

Este cuadro representa la expectativa de vidapromedio en horas de los diferentes tipos deaislaciones. Un ao es igual a 8.760 horas, demodo que 10.000 horas es un poco ms de unao. Lo importante en este cuadro es que la vidade la aislacin se duplica por cada cada de 10C(18F) en la temperatura o se reduce a la mitadpor cada incremento de 10C (18F) detemperatura. Ntese que la Aislacin de ClaseN est clasificada como de 20.000 horas a 200C(392F). Si se aumenta la temperatura a 210C(410F), la expectativa de vida promedio cae a10.000 horas, o viceversa, si se disminuye latemperatura a 190C (374F), la expectativa devida promedio trepa a 40.000 horas.La Figura 26 muestra las caractersticaselctricas de estos motores. El eje horizontal estmedido en porcentaje de potencia de placa. Eleje vertical izquierdo muestra el porcentaje deamperaje de entrada y de kilowatts de placa alvoltaje all indicado. Las curvas de KW y AMPintersectan la carga de motor al 100% de AMPSy KW y varan de manera casi proporcional conla carga. Debido a ello, el amperaje siempre se

utiliza para detectar condiciones de sobrecarga.Los AMP o KW se pueden utilizar tambin paradetectar condiciones de baja carga (no bombeo).El eje vertical derecho muestra el factor depotencia (PF), la eficiencia y el aumento de latemperatura en grados Fahrenheit. La curva deaumento de temperatura (TR) cruza el 100% dela lnea de carga en un ngulo deaproximadamente 45 grados, lo cual significa quecon carga total el motor funciona a 45 ms detemperatura que las condiciones ambiente,suponiendo que el fluido refrigerante pase porel motor a una velocidad de un pie por segundo.La eficiencia del motor se encuentra alrededorde un 83% a capacidad total y se mantiene porsobre el 80% hasta que la carga del motorcomienza a caer hasta por debajo del 50%.La porcin superior del eje vertical derecho estmedida en RPM. Segn esta curva, las RPM delmotor se encuentran en alrededor de 3460 enla carga total, 3500 en el 80% de la carga total ycerca de 3425 en el 120% de carga total.La Figura 27 muestra los efectos de la variacinde voltaje en el motor con el 100% de la cargaindicada en la placa. Las curvas importantes deeste diagrama son las de aumento de latemperatura y de amperaje. A un 100% del voltajeindicado en la placa, el aumento de amperaje yde temperatura estn en el nivel mnimo ycomienzan a incrementarse ya sea con bajo oalto voltaje.



Esta caracterstica se puede util izar paraaumentar la eficiencia de un motor subcargado.Se puede ajustar el voltaje y bajarlo hasta llegaral amperaje mnimo: este ser el punto en el queel motor funcione con mxima eficiencia.

La Figura 28 muestra el aumento de temperaturapor sobre la temperatura ambiente en el motoren relacin con la velocidad del fluido (petroleo oagua) por el motor. Se puede ver que para un piepor segundo o ms, no se verifica enfriamientoadicional. Esta prueba ha generado la reglaemprica de enfriamiento de motor en relacin conla velocidad mnima, teniendo en cuenta quecomo el petroleo tiene un punto de calentamientoespecfico ms bajo que el agua, esto le permiteal motor un aumento de temperatura que casiduplica el del agua. Si el fluido que pasa por elmotor es una mezcla de petroleo, gas y agua,habr que prestar atencin al dimensionamientodel motor en cuanto al enfriamiento, dado que elgas libre tienen un punto de calentamiento muybajo comparado con el del petroleo o el del agua.

Los motores electrosumergibles vienen endimetros que van desde 3,75 a 7,38 y desdelos 5HP a ms de 700HP (a 60 hertz). Los motoresestn llenos de aceite para lubricacin,enfriamiento y aislacin. La conexin a la fuentede energa es a travs de un enchufe de cableplano ubicado en la parte superior (ver Figura 29Motor tandem central (CT)).

El motor CT se utiliza en conjunto con un tan-dem superior (UT) o con otro CT. La base delmotor tandem superior y tandem central puedenalojar el instrumental de captura de datos,utilizado para obtener datos como presin,temperatura, potencia dielctrica del aceite ylecturas de vibracin y flujo.

Los rotores se fabrican en incrementos depotencia. Por ejemplo, la serie 456 (4,56 deO.D.) de rotores para motores THD se fabricanen incrementos de 7,5HP. Por los tanto, senecesitaran 24 rotores colocados dentro de unestator para obtener un motor de 180HP; estemotor tendra una longitud de ms de 31 pie por4,56 de dimetro. Entre los rotores hay cojineteslisos para dar soporte lateral y un cojinete deempuje soporta el peso de la seccin de rotores(ver Figura 29).

Del mismo modo en que es posible apilar rotoresalrededor del eje del motor, tambin se puedenapilar motores enteros o se los puede utilizar entandem para aumentar la potencia disponible. Sepuede lograr una potencia de 360HP apilandodos de motores THD de 180HP mencionadosanteriormente. El motor superior (llamado tandemsuperior) acepta la entrada de potencia y el mo-tor inferior (tandem inferior o central) estconectado elctricamente en serie con el motorsuperior. Si cada motor requiere 1.505 voltios,entonces la serie de dos requerir 3.010 voltios.Si cada motor requiere 79 amperes, entonces laserie de dos requerir 79 amperes.

La eficiencia del motor se encuentra cerca del83% con carga total y se define como:

KW out KW in

HP out HP in =

Esto significa que el motor de 180 HP requerir217 HP en la entrada. Es decir que 37 HP (27,6kW) terminarn siendo energa calrica que esnecesario disipar del motor. Para ello, esnecesario que fluya lquido a travs del motorpara refrigerarlo.

Una regla emprica que se ha desarrollado con



el tiempo es la de la velocidad mnima del fluido, que debe ser de por lo menos un pie por segundo.Las tablas que figuran en la seccin de Ingeniera del catlogo de equipos muestra la velocidad defluido a travs del motor para diferentes series de motores segn los tamaos del casing. Estos datosestn representados grficamente en pies por segundo versus barriles por da.El funcionamiento de los motores durante perdos prolongados requiere que el motor se mantenga loms refrigerado posible y que la energa elctrica sea lo ms limpia posible. Energa limpia significaque hay que lograr un suministro balanceado de voltaje segn la placa de identificacin hacia losterminales del motor y que hay que evitar que el motor reciba variaciones elctricas transitorias (picosy valles).La funcin del controlador del motor es la de proporcionar este tipo de proteccin. Las bajas o losdesbalanceos en el voltaje puede originar recalentamiento adicional del motor (ver Figura 30). Adems,los desbalances de voltaje pueden generar vibraciones en el motor, que puede llegar a daar elsistema completo.



Base 11/16SAE 6A estriadoTandem central Ambos 11/16SAE 6A estriadoTandem inferior Cabeza 11/16SAE 6A estriado

Las conexiones elctricas entre los motores tan-dem son diferentes en los motores TR3 modelos62 y 92. El motor TR3 modelo 62 no es compat-ible con el motor Reda 375 ni con el motor TR3modelo 92. Existen kits de conversin disponiblespara la modificacin de los cabezales, bases yconectores elctricos para compatibilidad con losmotores Reda 375 y TR3 modelo 92. El motorTR3 modelo 92 es compatible con la serie demotores Reda 375.

Serie 400 TR4 4,56O.D. (115,82mm)

Modelos 62 y 62R Tamao del ejeSimple 1 1/8 SAE 6B estriadoTandem superior Cabeza 1 1//8 SAE 6B estriado Base 1SAE 6B estriadoTandem central Ambos 1SAE 6B estriadoTandem inferior Cabeza 1SAE 6B estriado

Modelos 92 y 92RTodos los motores estndar 1 1/8 SAE 6B estriadoTodos los motores Hi Temp 1 1/8 tramado estriado

Todos los tipos de motores TR4 sonelectricamente compatibles con los motoresReda 456, pero esnecesario verificar la compatibilidad del ejeantes de la instalacin.

Serie 500 TR5 5,40O.D. (137,16mm)

Modelos 62 y 62R Tamao del ejeSimple 1 3/16 SAE 6B estriadoTandem superior Cabeza 1 3/16 SAE 6B estriado

Base 1 3/16SAE 6B estriadoTandem central Ambos 1 3/16SAE 6B estriadoTandem inferior Cabeza 1 3/16SAE 6B estriado

Modelos 92 y 92RTodos los motores estndar 1 1/8 SAE 6B estriadoTodos los motores High Temp 1 1/8 tramado estriado

Todos los tipos de motores TR5 sonelectricamente compatibles con los motoresReda 540, pero es necesario verificar lacompatibilidad del eje antes de la instalacin.

Placa de identificacin tpica de MotorWGESP

1F5G03452110776

UT4562760

90 2261

UT - Motor tandem superiorCT - Motor tandem centralLT - Motor tandem inferior

La extensin del cable plano o conexin de cableplano del motor es de tipo estndar tape-in (adhesivo).Tambin hay conexiones del tipo plug-in (enchufe)para los motores TR4P y TR

Datos Generales del MotorMotores disponibles

Serie O.D. Casing Potencia (Max)(60Hz) (50Hz)

300-TR3 4 1/2(114.3mm) 127.5 106.3400-TR4 5 1/2(139.7mm) 250 200500-TR5 7(177.8mm) 600 500562 7(17.8) 600 500 400700-TR7 8 5/8|(219.1mm) 1020 850

Serie 300 TR3 3,75O.D. (95,25mm)

Modelo 62 y 92 Tamao del ejeSimple 7/8 SAE 6A estriadoTandem superior Cabeza 7/8 SAE 6A estriado



6.0 CABLE

El cable lleva la corriente (amperaje), en tres fases o conductores, desde el controlador del motor en lasuperficie hacia abajo hasta el motor. Existen configuraciones redondas y planas en diversos materialesy tamaos. El cable plano del motor tiene una configuracin chata y est tendido a lo largo de laextensin de la bomba y la seccin de sellos debido a limitaciones de tolerancia. Hay diversos tipos decables planos del motor disponibles para aplicaciones estndar y de alta temperatura. Los rangos devoltaje comunes para cables de bombas electrosumergibles son 3, 4 y 5 KV. Los tipos de cablecomnmente utilizados para sistemas de bombeo electrosumergibles en aplicaciones de pozospetrolferos son los siguientes:

Tipo de Cable

R ango Te mp. C

Pe rfil Cable

Voltaje (kV) Ais lacin M ate rial de camis a

Prote ccin adicional

PL-205R -5 a +96 Redondo 3,4,o 5 PP N BR T/B PL-205F -5 a +96 Plano 3,4,o 5 PP N BR T/B

PL-300R -30 a +149 Redondo 3,4,o 5 EPDM N BR T/B

PL-300RE

-30 a +149 Redondo 3,4,o 5 EPDM EPDM

T/B

PL-450FL

-40 a +232 Plano 4,o 5 EPDM Plomo

B

Las armaduras de cable estn disponibles en acero galvanizado, acero inoxidable o Monel y enconfiguracin redonda y plana. El espesor ms comn de la armadura es de 25 mm. en la configuracinredonda y 20 mm. en su configuracin plana; tambin hay una armadura galvanizada de 34 mm.disponible para los cables redondos. La armadura proporciona una proteccin mecnica, pero lo msimportante, comprime el cable a fin de mantener los materiales aislantes y de camisa en su lugar,particularmente durante el proceso de extraccin del pozo cuando el cable pasa por el ciclo dedescompresin.



cable de mayor tamao antes de alcanzar el lmitede capacidad amperimtrica. El Cuadro de Cadade Voltaje (Figura 34), la tabla de Factor deCorreccin de Temperatura para el Cuadro deCada de Voltaje y los cuadros de Temperaturaen el Pozo vs Corriente deberan utilizarse en elproceso de seleccin de cables. Al seleccionarun cable, debern seguirse estos pasos:

1. Analice todos los datos del pozo y delequipamiento y seleccione el tipo de cablea utilizar.

2. Utilizando el Cuadro de Cada de Voltaje,seleccione un tamao de conductor quelimite la cada de voltaje a 30 voltios o menos,cada mil pies de cable.

3. Utilizando los Cuadros de Temperatura dePozo vs Corriente para el tipo de cableseleccionado, obtenga la temperatura delconductor para confirmar que se hayaseleccionado el tipo de cable correcto.

4. Utilice el Cuadro de Correccin deTemperatura para obtener el factor decorreccin para la temperatura delconductor obtenida en el paso N3.

5. Multiplique la cada de voltaje original cada1000 pies (paso N2) por el factor decorreccin obtenido en el paso N3.

6. Calcule la cada total, multiplicando la cadadel paso N5 por la longitud total del cabledividida por 1000.

7. Calcule el voltaje de superficie requeridosumando la cada total de cable al voltajede placa del motor.

Los daos al cable representan un importanteenemigo del sistema de bombeoelectrosumergible. Siempre se tendr que prestarespecial atencin al cable durante la instalaciny la sacada. El ingreso del cable al pozo no deberhacerse a ms de 1.500 pies por hora. Cuandohay problemas especiales como en los casos depozos desviados o con pata de perro, elequipamiento debe ser bajado dentro del pozoincluso ms lentamente.

El del cable plano del motor (MLC) tiene unenchufe en uno de sus extremos para enchufar ohacer un empalme con el motor. Este cable plano

El polipropileno etileno (PPE) es un aislantetermoplstico que se viene utilizando hace aoscon mucho xito en aplicaciones a bajastemperaturas. Los cables con aislacin de PPEse pueden utilizar hasta temperaturas del conduc-tor de 205o F. Esta es la temperatura mxima quela aislacin puede tolerar sin que comience adegradarse la vida til del cable, lo cual implicaque habr que considerar la temperatura ambientedel pozo, las prdidas de I2R del cable y el calorgenerado por las prdidas en la bomba y el motora fin de poder determinar la temperatura operativade los conductores de cable.

Si se calcula que la temperatura del conductorsuperar los 205o F., entonces deberseleccionarse un cable EPDM con aislacin degoma. EPDM es un material polimricotermoendurecido que se utiliza con mucho xitocomo aislante para conductores de cables deequipos de bombeo electrosumergibles en los quese registran altas temperaturas de fondo de pozo.Siempre se utiliza cuando la temperatura del con-ductor excede los 205 F.

En pozos con condiciones de temperaturaextremadamente alta y gran concentracin degases, o pozos que han tenido problemas con H2S,lo cual causa el deterioro de los conductores decobre, se deber seleccionar un cable plano EPDMcon encamisado de plomo. El encamisado deplomo brinda una barrera total contra gases yfluidos para el aislante y el conductor.

Las mximas capacidades amperimtricasgeneralmente aceptadas son las siguientes:AWG No. 1 Cu tiene una capacidad mxima de110 amperes.AWG No. 2 Cu tiene una capacidad mxima de 94amperes.AWG No. 4 Cu tiene una capacidad mxima de 70amperes.AWG No. 6 Cu tiene una capacidad mxima de 53amperes.

En la mayora de los casos, la cada de voltaje y/olas prdidas de potencia dictaminan el uso de un



del motor se extiende por ellado del sello y la bomba y generalmente empalmacon el cable comn a unos pocos pies por sobrela parte superior de la bomba. El cable plano demotor est diseado para dar una toleranciamxima entre la bomba y el casing del pozo. Enlas Figuras 32 y 33 se muestran ejemplos decables planos de motor con enchufe. Los cablesplanos de motor aparecen descriptos en elcatlogo como Powerline 205, 300 y 450. Con losmotores TR3 y TR4 se utiliza el conductor No. 6 ycon los motores TR5 y TR7 se utiliza el conductorNo. 4. Tambin hay un MLC No. 2 Powerlinedisponible para su uso con el motor TR7. Ladiferencia entre el cable utilizado en el MLC y elcable de energa que lleva el mismo nombre esque el MLC tiene aislacin Kapton agregada comouna capa pegada al conductor de cobre. Estoprovee aislacin adicional y permite que el cabletenga un perfil ms bajo que el mismo tipo decable sin el Kapton. Los cables planos de motorestn disponibles en acero galvanizado oarmadura Monel y viene en varias longitudesestndar.

En esta seccin se muestran diagramas del cortetransversal, con o sin guardacable, indicando eldiametro exterior mximo del equipo para las se-ries TA/TR3, TD/TR4 y TG/TR5. Estasdimensiones pasan a ser crticas en los casosen que se encuentran casings pesados o pozosdesviados. Todas las dimensiones se encuentranen la seccin de cables del catlogo.



Ejemplo de Seleccin de CableDado:

Voltaje del motor = 2345 voltios (2,345KV)Amperaje del motor = 41 AmperesEficiencia del motor (ME) = 83% (0,83)Eficiencia de bombeo (PE) = 54% (0,54)Profundidad = 6000 piesTemperatura del pozo (Tw) = 160 FCorte de agua (WC) = 70% (0,7)Altura dinmica de elevacin (TDH) = 5800 piesCalor especfico (SpHt) petroleo = 0,5Costo por KWH = $0,05

1. Hay que calcular la temperatura operativaambiente. La temperatura operativa es lasuma de la temperatura ambiente del pozoms el incremento de temperatura debidoa las prdidas de bomba y motor. Este deltade temperatura se puede calcular de lasiguiente manera:

FoMEPEx

SpHtTDHDeltaT

))((1

))(777(=

donde SpH t = W C (1) + (1-W C)(5 ) = .7(1) + (.3) (.5) = .85

FoxDeltaT

)83)(.54(.1

)85)(.777(5800

= = 11F

T emperatura O perativa=160F+11=171F

2. Los grficos de Temperatura del Pozo versusCorriente se pueden utilizar para determinarla temperatura operativa del conductor.

Basndose en el amperaje, se puedencomparar los tamaos de cable 4 y 6. Al cotejarlos grficos de Temperatura del Pozo versusCorriente para el cable redondo No. 4 a 41amperes y a 171o F., vemos que la temperaturadel conductor para el cobre N4 es de alrededorde 190o F, y como esta temperatura est pordebajo del lmite de 205oF se podra utilizaraislacin PPE.

Al cotejar los grficos de Temperatura del Pozo

versus Corriente para el cable redondo No. 6a 41 amperes y a 171o F., vemos que latemperatura del conductor para el cobre N6estara cercana a los 205 F, con lo cual seraprudente utilizar un cable con aislacin EPDMen este caso si se selecciona un N6.

3. Ahora la cada de voltaje se puede calcular apartir del Cuadro de Cada de Voltaje y la Tablade Correccin de Temperatura.

Correccin de temperatura para 205o = 1,27Para #6 Cu, la cada de voltaje == 28(1,27) = 35,6 voltios/1000 piesPara 6100 pies, la cada total de voltaje == 6100pies x 35,6 v/1000pies = 217 Vs

Voltaje en superficie = 2345 + 217 = 2562 Vs

La cada de voltaje es 8,5% del total. El APIrecomienda no ms del 5% o una cada de noms de 30 voltios cada 1000 pies de cable.

Para #4 Cu, la cada de voltaje == 18(1,27) = 23 voltios/1000 piesPara 6100 pies, la cada total de voltaje == 6100pies x 23 voltios/1000pies = 140 Vs

Voltaje en superficie = 2345 + 140 = 2485Vs

La cada de voltaje es de 5,6% y de menos de30 voltios/1000 pies



4. Los costos operativos se pueden calcular de lasiguiente manera:

Factor de potencia (PF) por cable = 0,99Para el cable #6 Cu;KWH/ Mes =

Cada voltaje(KV)(amp)(1,732)(PF)(730hrs/ mes) = (0,217 ) (41) (1,732) (0,99) ( 730) = 11.136 $/ mes = (11.136) ($0,05) = $556,83/ mes o $6.681,96/ ao

Para el cable #4 Cu;KWH/ Mes =

Cada voltaje (KV)(amp)(1,732)(PF)(730hrs/ mes) = (0,140) (41) (1,732) (0,99) ( 730) = 7.185 $/ mes = (7.185) ($0,05) = $359,25/ mes o $4.311,00/ ao

5. En sntesis:El cable #4 Cu puede ser PPE comparado conEPDM para el #6, que es ms caro. El costo



7.0 CONTROLADOR DEL MOTOREl tablero de control, Figura 35, proporciona una manera de poner en marcha y parar el motor y brindaproteccin elctrica para el motor y el cable.Empezando desde el sector de lnea del tablero y yendo hacia el sector de carga, se encontrar losiguiente (Figura 35.A):

1. Desconexin manual (interruptor): este interruptor sirve para desconectar el controlador de lafuente de energa principal una vez detenido el motor. Dicho interruptor puede o no estar diseadopara encender o detener el motor. Puede haber accidentes graves si se intenta utilizar esteinterruptor como un dispositivo de interrupcin de carga.

2. Fusibles: Se encuentran debajo del interruptor de desconexin y brindan capacidad de desconexinen caso de que haya un cortocircuito ms all del controlador. Los fusibles tambin se activancuando hay una sobrecarga que dura un lapso suficientemente largo. A mayor amperaje desobrecarga, mayor ser la rapidez de activacin del fusible.

3. Transformadores de corriente (CT) y transformador de potencia (PT): Estos dispositivos tienencontroles especiales que sirven para monitorear el amperaje y voltaje aplicados sobre el motor.Segn la complejidad de dichos controles, puede haber CT y PT en las tres fases. El panelfunciona bastante bien como arrancador sin ningn CT o PT, pero su capacidad de suministrarproteccin queda muy limitada.

4. Contactor/Arrancador: En los circuitos, el contactor est ubicado despus de los PT y los CT, y esel dispositivo responsable de conectar el motor con la fuente de potencia y desconectarlo de ella.El juego de contactores puede constar de un contactor trifsico o tres contactores monofsicos.Esto depende, hasta cierto punto, de la antigedad del panel. El contactor est diseado paraoperar varias veces el amperaje de rotor trabado con el rgimen de voltaje del panel. Tambin es



capaz de permanecer activo cuando elmotor est apagado. En gran medida, elcontactor funciona como un rel accionadopor una bobina pequea. Cuando la bobinarecibe corriente durante la puesta enmarcha, el contactor se cierra y permaneceas hasta que sta deja de recibir corriente.Esta pequea bobina requiere muy pocoamperaje para operar y es posible activarlacon voltajes bajos (de control). Esto lepermite al operador colocar el contactordentro de un compartimiento de altatensin, aislado de la seccin de control,de baja tensin, y utilizar un pequeointerruptor (el HOA) y un pulsador paraactivar el flujo de energa.Conectado al contactor se encuentra uncable de salida a la caja de venteo, quesigue hacia la cabeza de pozo y el motor.Hasta ahora slo hemos considerado elcircuito de potencia que corre a travs delpanel. Dicho circuito est diseado paramximos niveles de voltaje y amperaje. Lostableros utilizados con ESP por lo generaltienen los siguientes rangos de voltaje:600V, 1500V, 2500V, 3600V. El controladorde 600 voltios (sistemas de 480 voltios)tiene los circuitos de potencia ubicadosdirectamente dentro de la puerta principal.Cuando el voltaje de diseo aumenta, elcircuito de potencia se ubica dentro de uncompartimiento de potencia separado,detrs de un compartimiento de control debajo voltaje. Esto sirve para limitar laexposicin del personal de campo atensiones elevadas.El sector de control de bajo voltaje (sectorizquierdo de la Figura 35.A) del tablero esel encargado de darle seal al contactorde potencia para que se active. Desdeluego, habr de responder a todoencendido o apagado que se ingresemanualmente. Luego, segn lasofisticacin del controlador, puede llegara efectuar las siguientes tareas:1. Deteccin de una sobrecarga y

posterior parada.2. Deteccin de una bajacarga en el

motor y posterior parada.3. Puesta en marcha automtica de la

unidad despus de una parada porbajacarga o corte del suministro deenerga, una vez excedido el tiempopermitido para el mismo.

4. Apagado por comando desde un juegode contactos externo.

5. Deteccin de condiciones de voltajedefectuosas y posterior inactivacin(prdida de alguna fase, bajo voltaje,inversin de fases).

Todas las anteriores caractersticas decontrol han sido implementadas con relselectromecnicos. No obstante, elcontrolador actual por lo general utiliza uncontrolador de estado slido, tal como el ESPEliminator, Vortex o el MPU de Keltronics.Todos los controladores pueden ser vistoscomo computadoras que cumplen funcionesespecficas, y que toman datos de la seccinde potencia, los comparan con los datos deloperador, y responden en consecuencia.Por ltimo, el panel por lo general tendr unampermetro registrador (como se muestraen la parte superior izquierda de la Figura35). Dicho ampermetro registra la corrientedel motor en relacin con el tiempo (siemprey cuando se le d cuerda al reloj). Las cartasemitidas por el ampermetro registrador sonlas mejores herramientas para resolverproblemas de produccin en la bomba. Estascartas se analizan en mayor detalle en laseccin de resolucin de problemas.La caja de venteo est ubicada entre lacabeza de pozo y el panel. Esta caja permitecortar el cable y quitarle el aislamiento paraconvertirlo en un conductor pelado. Losconductores luego se conectan entre ssobre bloques aislantes. Esto permite quecualquier gas que pueda migrar subiendopor el cable se ventee en la atmsfera antesde alcanzar el panel. La caja de venteotambin provee un lugar conveniente paradesconectar el cable durante lasoperaciones de sacada.



8.0 VARIADOR DE FRECUENCIA

Una alternativa al uso del controlador de motorestndar es el variador de frecuencia, quefunciona no slo como controlador del motor, sinotambin como cambiador de velocidad. Paracomprender cmo funciona un variador defrecuencia, es necesario entender cmoproporciona tensin y frecuencia variables parael control de la velocidad.El variador de frecuencia est conectado a unafuente de potencia trifsica de 480 voltios. Laalimentacin de dicho voltaje se efecta con undisyuntor y tres fusibles de entrada que brindanproteccin al SCR, en la seccin del conversor.Esta seccin convierte la tensin CA trifsicaentrante en tensin CC. El conversor es unrectificador trifsico de onda completa con SCRssituados en el puente. El SCR es el mismo tipo dedispositivo utilizado en los atenuadores de luz deuso hogareo. Tiene la capacidad de bloqueartoda la corriente en una sola direccin (como undiodo), pero se lo puede activar o ponerlo encortocircuito en direccin opuesta, aplicando unaseal a sus conductores de entrada . Porconsiguiente, si se aplica una seal al conductorde entrada justo cuando se inicia el ciclo detensin CA entrante, se lograr un voltajecompleto en el bus CC. Si la seal con retardo seaplica a medio camino durante la onda de tensinentrante, se obtendr la mitad del voltaje en elbus de corriente continua. Controlando estasseales de conmutacin electrnica es posiblecontrolar tambin el voltaje del bus de CC entrecero y el valor mximo.Una vez convertida la corriente trifsica entrantea CC, un gran filtro L-C rectifica la tensin CC.Este filtro es un inductor en serie que se usa enconjunto con capacitores paralelos. Dicho induc-tor inhibe los picos de corriente mientras que loscapacitores inhiben los picos de voltaje.La ltima parte del variador de frecuencia constade tres secciones de inversores que sirven paraconvertir la CC de nuevo en CA. Cada seccindel inversor representa una fase de salida quecontiene dos SCR (util izados aqu comointerruptores electrnicos). Los SCR estnconectados en serie a lo largo del bus de CC. La

fase de salida se deriva del punto central entreestos dos SCR. Es posible controlar el encendidodel SCR aplicando una seal a su entrada. Slohay que encender y apagar el SCR en el momentoque corresponde para aplicar ms o menostensin a la fase, cuando sta se aproxima a unaonda sinusoidal. De esta manera se logra un con-trol de la frecuencia con que se encienden yapagan los SCR.Los circuitos de control del variador de frecuenciadeben ser capaces de responder sin ningunademora. Con una frecuencia de salida de 80 HZ,un SCR de salida deber encenderse y apagarseaproximadamente cada dos milsimas desegundo (dos milisegundos). El sistema estcontrolado por un microprocesador capaz deejecutar una instruccin cada dos microsegundos(dos millonsimas de segundo). Para llevar a cabotal control, la computadora monitorea las tresfases de corriente entrante y saliente, el bus deCC y todos los datos ingresados por losoperadores.Tanto el variador de frecuencia como elcontrolador de motor estndar utilizan fusibles ydisyuntores de entrada. Estos dispositivos sirvenpara proteger el variador de frecuencia y el mo-tor. Como ya se mencion, el variador defrecuencia monitorea el voltaje de entrada. Lacomputadora del variador busca voltaje bajo,corriente monofsica e inversin de fase, demanera que el controlador pueda suministrar almotor la corriente alterna que corresponde. Elvariador de frecuencia se apaga si no puedemantenerse el voltaje de salida apropiado a causade un voltaje de entrada deficiente. Cabe observarque en el sector de salida no se presentanproblemas con el voltaje de entrada, tales comoun desequilibrio de voltaje, debido a la conversinintermedia de y hacia CC. El variador defrecuencia elimina en forma electrnica la rotacinde fases cuando sta es incorrecta.El variador de frecuencia monitorea el amperajey voltaje de CC y detecta sobrecargas, bajacargasy transientes de voltaje. La proteccin contra picosy bajas de voltaje transitorios no es funcin de uncontrolador convencional. Como ya se seal, elbus de CC est aislado de la lnea de CA entrantepor medio de un gran circuito L-C. Esto dificulta



notoriamente que pueda haber un pasaje de unaoscilacin de voltaje al motor. Sin embargo, elvoltaje del bus de CC es monitoreado y si sepresentara una sobretensin excesiva, seapagara el conversor.Las condiciones de sobrecarga y bajacarga sedeterminan comparando el amperaje de CC conel nivel determinado por el operador. En ladeterminacin de estos niveles, la utilizacin delamperaje de CC en desmedro del amperaje deCA tiene una ventaja distintiva. La corriente con-tinua es proporcional al componente real de lacorriente alterna. Esto significa que los amperiosreactivos del motor no estn representados en laseal del amperaje de CC. Dado que no se utilizala suma vectorial de estas corrientes, lascondiciones de sobrecarga y bajacarga son porlo general mucho ms fciles de detectar.Si se llegara a detectar una condicin desobrecarga, el variador de frecuencia responderadisminuyendo la frecuencia y reduciendo as elrgimen de bombeo. En realidad, nunca sepermite que se llegue a esa situacin. El variadorde frecuencia tan slo se limita a reducir lavelocidad de la unidad para compensar unapotencial sobrecarga. Si el variador de frecuenciareduce la velocidad en ms de un 15% durante60 segundos o ms, se apagar e indicar lapresencia de una sobrecarga. Dado que sta noes una situacin de emergencia (los amperios yvoltios estn controlados),la parada del dispositivotambin ser controlada. Este tipo de parada seanalizar ms adelante. En caso de detectarseuna bajacarga, la computadora del variador defrecuencia parar el motor una vez que se hayaexpirado el tiempo del temporizador de desvo debajacarga . Este temporizador puede configurarseentre tiempo entre 0 y 25 minutos, lo que permiteque el pozo se recupere de la baja carga. Debetranscurrir la mitad del lapso configurado en eltemporizador de desvo antes que la computadoradel variador de frecuencia intente poner la unidadnuevamente en marcha. En el caso que lacondicin de bajacarga persista durante todo elintervalo del temporizador, el variador defrecuencia se apagar por bajacarga y reiniciarla secuencia.

Por ltimo, el variador de frecuencia monitorealos voltios y amperios de salida en las tres fases.Para verifical el correcto funcionamiento delinversor, se compara el voltaje de salida con elbus de CC. La corriente se debe controlar paradetectar la presencia de IOT (Disparo Instantneopor Sobrecorriente). Un IOT podra darse ensituaciones tales como una falla a tierra o unafalla de lnea a lnea. En tales condiciones, elvariador de frecuencia se apagar de inmediato.Este dispositivo tiene la capacidad de poner enmarchar la unidad de bombeo electrosumergiblemediante arranque suave a una frecuencia deaproximadamente 10 HZ y con un voltajeproporcionalmente bajo. En efecto, el voltajecomienza a aplicarse a partir de los 0 voltios, conlo cual, de haber una falla, al motor se lesuministra solamente el amperaje de cargacompleta antes de la parada. Este tipo de arranquesuave generalmete puede producir un torquecompleto a corriente reducida (150% o menor deplaca). La parada controlada funcionaexactamente de la manera inversa: desacelera elmotor a una velocidad de 10 HZ antes de pararlo.El arranque suave y la parada controlada reducenel esfuerzo elctrico y mecnico aplicado alequipo de fondo de pozo.El Controlador de Velocidad Variable es muysofisticado. Adems de cubrir todas lasprestaciones normales de control, dichodispositivo tiene, como funcionalidad primaria, lacapacidad de variar la velocidad con que operala bomba. Modificando tal velocidad, el operadorpuede ajustar el caudal de fluido a producir. Elrgimen de produccin puede aumentarse odisminuirse para poder ajustarse al ndice deproduccin del pozo durante su vida til. Estacapacidad de controlar el rendimiento del pozopermite que el productor pueda operarlo a sumxima eficiencia. Para una descripcin msexhaustiva del Variador de Frecuencia y su usocon los sistemas de bombas electrosumergiblesde fondo de pozo, vanse las secciones SPE#8241 sobre equipos de bombaselectrosumergibles con variador de frecuencia y#9215 sobre controlador automtico de bajo nivelde fluido de dichas bombas .



9.0 CONTROLADOR DE ARRANQUE SUAVE

Otro tipo de controlador que se usa con las bombas electrosumergibles es el controlador de arranquesuave. Este concepto, igual que el variador de frecuencia, ha sido utilizado en la industria desde laintroduccin de los primeros motores. La idea bsica es que si el voltaje suministrado al motor puededisminuirse durante la puesta en marcha y elevarse a nivel normal una vez que el motor llega a lamxima velocidad, pueden reducirse el torque de arranque y la corriente de entrada. En general seacepta que al ciclar el equipo electrosumergible, se tendr ms tiempo hasta que falle una unidad. Sise disminuye el esfuerzo elctrico y mecnico desde el arranque, en teora debera prolongarse la vidatil del equipo. A la fecha se desconoce en qu medida mejora dicha vida til.

El controlador de arranque suave proporciona todas las prestaciones de un equipo de arranqueconvencional, excepto que tiene un contactor de estado slido. Por esta razn, el panel puede funcionarslo como un atenuador de luz de estado slido. Durante cada ciclo de voltaje, el controlador puededeterminar qu cantidad de ese ciclo figura en la carga. Una carga que recibe slo la mitad del ciclo seconsiderar como la mitad del voltaje. Estos controles tambin pueden monitorear la corriente y subirel voltaje y la frecuencia sin generar una cantidad de amperios excesiva. Una vez puesto el equipoelectrosumergible en marcha y a velocidad el conttactor de arranque suave puede ser puenteado porun contactor mecnico. As es posible apagar el contactor de estado slido, lo que elimina prdidas enel dispositivo. Los controles de arranque suave pueden tambin incorporar lgica, lo queautomticamente ajusta la tensin del motor en un amperaje mnimo. Tal ajuste corrige el factor depotencia en los motores que no estn funcionando a carga mxima. Debe estudiarse la ventaja deahorrar energa de esta caracterstica en contraposicin con la funcin de puentear el controladordespus de la puesta en marcha.

Estos dispositivos pueden utilizase en instalaciones existentes donde la bomba est ciclando, y puedendisearse para ser incorporados en nuevas instalaciones, donde la productividad del pozo no estclaramente definida o se sepa que est cambiando. La mayora de estos equipos estn fabricadospara funcionar a una tensin de 480 voltios o menor. Sin embargo, se dispone de controladores de altovoltaje ya en uso en el yacimiento. Aun as, sera recomendable comparar los costos de un equipo dearranque de alto voltaje con los de uno de bajo voltaje con transformadores elevadores de voltaje.



10.0 TRANSFORMADORESEl transformador sirve para convertir el voltaje deentrada a voltaje correcto para el motor de labomba electrosumergible. En la mayora de loscasos, el voltaje de lnea es un voltaje dedistribucin comn de, por ejemplo, 12.470voltios. Un sistema con esta designacin tiene12.470 voltios cuando se mide entre fase y fase y7.200 voltios cuando se mide entre fase y tierra.Un transformador consiste de dos bobinasconectadas por un circuito magntico (con ncleode hierro).

Por lo general se util izan transformadoresaisladores (Figura 36), que carecen de conexin

elctrica entre las dos bobinas. La bobina deentrada (circuito primario) est diseada pararecibir el voltaje de entrada deseado, como ser7200/12470Y. Esta designacin implica que labobina de entrada est diseada para recibir7.200 voltios. Sin embargo, dado que un sistemade 12.470 voltios mide 7.200 voltios de conexina tierra, la tensin de 12.470Y implica que eltransformador opera si se lo conecta de fase atierra dentro del sistema de 12.470 voltios.Si la bobina de salida (circuito secundario) secalcula en 480 voltios, entonces la aplicacin de7.200 voltios a la bobina de entrada har que seregistren 480 voltios en la bobina de salida. Estosignifica que el transformador tiene un ndice detransformacin de voltaje de:

1154807200 N= =

Quiere decir que slo 1/15 del voltaje entrante seregistrar en el circuito secundario. Tambinsignifica que slo 1/15 del amperaje exigido porla carga en el circuito secundario deber sersuministrado por el primario. Se deduce entoncesque la carga en Kilowats/Amperios de untransformador es igual tanto para el circuitoprimario como para el secundario.KVA entrante = KVA salienteUn transformador conduce energa en ambasdirecciones. Si se abren los disyuntores situadosen el polo sobre el transformador, eltransformador puede seguir recibiendo potenciaa partir de una fuente ubicada en el circuitosecundario (por ejemplo, a travs de untransformador de circuito de control), entoncesla totalidad de los 7.200 voltios podra llegar aregistrarse en el circuito primario deltransformador. Siempre hay que tener cuidadocon la electricidad.El transformador mencionado ahora opera enforma monofsica. La conexin de entrada es defase a tierra y la conexin de salida se efectasin conexin a tierra y lee 480 voltios de conectora conector. No obstante, la carga exige una fuentede voltaje trifsica. Para proveer tal caracterstica,dos transformadores ms del tipo de losmencionados anteriormente, se conectan a tierradesde las dos fases de tensin entrante restantes.Ahora hay tres series de conectores con 480



voltios entre uno y otro. Para suministrar la carga trifsica de 480 voltios, los tres circuitos de salidadeben estar conectados entre s. As se logra una configuracin delta para el circuito de salida, mientrasque el circuito de entrada est dispuesto en forma de Y. Por consiguiente, se podra decir que el bancode transformadores tendr una conexin Y-delta, como se ilustra en la Figura 37. La polaridad es elltimo aspecto a considerar al momento de dotar de energa al banco de transformadores. Lasconexiones y la polaridad de los transformadores aparecen ilustradas en la Figura 37.

Los transformadores para las bombas electrosumergibles tienen disponibles rangos mayores de voltajesecundario y taps en sus bobinas, de modo que es posible seleccionar diferentes voltajes. Los trestransformadores monofsicos tambin pueden disearse para encajar dentro de un tanque. As seobtendra un transformador trifsico. Sin embargo, aun as rigen los principios antedichos.

Existen circunstancias en las cuales el voltaje suministrado al pozo es menor que el requerido por elmotor (como sucede cuando se usa un motogenerador). En estos casos, es posible recurrir a unautotransformador o a un transformador de aislacin trifsico (Figura 38) para intensificar el voltaje.L o sautotransformadoresno tienen bobinasaisladas. Labobina de entradaest integrada conla bobina desalida. Cuando elvoltaje de entradase intensif ica ams de 1.000voltios, serecomienda utilizarun transformadorde aislacin dedoble bobinado.



11.0 EQUIPOS Y SERVICIOSACCESORIOS

Vlvulas de retencin y drenaje (Figura 39)Las vlvulas de retencin se recomiendan para la co-lumna de tubera de produccin, para mantener la tuberade descarga llena de fluido mientras la bomba seencuentra apagada. La vlvula de retencin permiteponer nuevamente en marcha la bomba segn el nivelde la columna de fluido/altura, eliminando as laposibilidad de ocasionar daos al sistema de bombeopor posible altura insuficiente. Tambin evita que el fluidoreingrese a travs de la bomba, lo que permite una puestaen marcha ms rpida. La vlvula de retencin en gen-eral se instala dos o tres uniones por sobre la bomba. Sino se instala esta vlvula, la bomba no debe ponerse en marcha hasta que la columna de fluido hayatenido la oportunidad de nivelarse, lo que elimina la posibilidad que se tuerza el eje de bomba, o quese queme un cable o el motor. (Se recomiendan treinta minutos como mnimo).Cuando se utiliza una vlvula de retencin, es conveniente instalar una vlvula de drenaje. Por logeneral se instala a nivel de una unin por sobre la vlvula de retencin. La vlvula de drenaje tiene unpequeo tapn de drenaje incorporado, y al lanzar una varilla por dentro de la columna de la tuberade produccin, dicho tapn se rompe, permitiendo que se drene la tubera. Otros dispositivos disponiblesson una vlvula de retencin recuperable, que viene en distintos tamaos y una combinacin devlvula de retencin y drenaje (con ambas funciones incorporadas en la misma unidad).



Cabeza de pozoHay varios tipos de cabezas de pozo. La Figura 40 ilustra una tpica cabeza de pozo de baja presin.En la mayora de los casos de cabezas de pozo de baja presin, se le retira la armadura al cable, yluego se le adhieren las gomas prensaestopa. Este tipo de cabezas soportan una presin nominal de1500 PSI, pero en la prctica no deberan utilizarse cuando la presin anular llega a un nivel entre 200y 300 PSI.Existen diversos tipos de cabezas de pozo de alta presin. La mayora de ellas estn diseadas demanera que se pueda incorporar una vlvula de control de exposin (BOP) mientras funcionan en elpozo. Estas cabezas soportan una presin nominal de 3000 PSI, y vienen con un mandril de alimentacinen lugar de un cable comn y corriente, a fin de garantizar un sellado firme en toda la cabeza (Figura41).



Caja de venteoPor razones de seguridad, siempre se instala una caja de venteo ante la ausencia de un venteo oabertura que permita ventear el cable antes de ingresar el controlador del motor (Figura 42). Si elcable no est venteado, el gas puede migrar ascendiendo por l, ingresar al controlador del motor, ycausar una explosin cuando se produzca una descarga en arco al encencerse o apagarse un rel.Adems, la caja de venteo proporciona fcil acceso para verificar la unidad de fondo. Es posiblecontrolar los amperios y voltios sin tener que ingresar al sector de alto voltaje del controlador. (Consteque el acceso est facilitado, pero los peligros siguen siendo los mismos).



Instrumental de adquisicin de datos de fondo (Sensor de Fondo)Todas las compaas de bombas electrosumergibles tienen algn tipo de sensor de fondo que puedeinstalarse en el pozo junto con la unidad. El instrumental puede adjuntarse a la parte inferior delmotor, o bien puede instalarse como un dispositivo independiente con su propio cable. El instumentalmonitorea la presin y temperatura del pozo, y algunos modelos tambin verifican otros parmetros,tales como flujo, presin de descarga, rigidez dielctrica del petrleo y vibracin. La informacin seenva a travs del cable de potencia a un lector de superficie alojado en el controlador del motor. Elinstrumental de adquisicin de datos de fondo puede ser muy til, ya que brinda informacin deproduccin muy valiosa.Un sensor de presin es una herramienta ideal de prueba para pozos nuevos, obteniendo un mximodescenso de nivel, controlando los pozos con alta relacin GOR, y operando con el controlador develocidad variable. Cuando se utiliza el variador de velocidad, se ingresa la informacin del sensor depresin en el el mismo para mantener una presin pre-configurada mediante la modificacin del rgimende bombeo.

FlejesLos flejes sirven para unir el cable al tubing/ tubera de produccin durante la instalacin. Los flejes seproveen en tres materiales diferentes:

1) Los flejes de acero negro sirven para los pozos que no tienen problemas de corrosin.2) Los flejes de acero inoxidable sirven para los pozos en los cuales hay corrosin moderada sin H2S.3) Los flejes de Monel sirven para los entornos corrosivos.

Si se anticipa algn tipo de corrosin para los prximos aos, se aconseja utilizar uno de los materialesresistentes a la corrosin.La mayora de los flejes de cable tienen 3/4 de ancho y aproximadamente 0,025 de espesor.Los flejes de cable pueden instalarse mediante herramientas de enflejado amnual o automtico. Elenflejado automtico tiene la ventaja de adheriri los flejes con la misma tensin. Se recomiendainsertar por lo menos dos flejes por cada junta de tubera de produccin. En los casos en los cuales seutilizan cables nmero uno o dos y el pozo en cuestin es considerablemente profundo, se recomiendainsertar ms flejes. (Vase el captulo sobre cables y flejes de la seccin de resolucin de problemas).

Centralizadores y guas de motorLos centralizadores y las guas de motor sirven para centralizar el motor, la bomba y el cable durante lainstalacin. Estas herramientas a veces se utilizan en pozos desviados a fin de mantener el motorcentralizado y permitir un enfriamiento adecuado. Las guas de motor sirven para proteger losrevestimientos anticorrosivos durante la instalacin.Al usar centralizadores, debe tenerse cuidado que no roten ni asciendan o desciendan por la tuberade produccin.

Revestimientos anticorrosivosSe puede aplicar revestimientos anticorrosivos en el exterior del motor, la bomba y el sello. Losrevestimientos con recubrimiento por arco Monel y acero inoxidable son dos variantes que sirven paraproteger la unidad de la corrosin.Debe arenarse el equipo para alcanzar un acabado de metal blanco y lograr as buenas caractersticasadhesivas. El acero inoxidable o la combinacin de acero inoxidable y Monel deben adherirse porplasma hasta lograr un espesor de entre 0,010 y 0,012 pulgadas. Esto puede verificarse con un



indicador magntico. Debido a que este acabado es poroso, se debe sellar con un recubrimiento depintura de base epxica. Si la pieza en cuestin es un motor, antes de efectuar el recubrimiento sernecesario soldarlo alrededor de la cabeza y la base con perlas de acero inoxidable cada 30 o 40grados aproximadamente, a fin de lograr mayor proteccin mecnica para el revestimiento durante lainstalacin y sacada.

Otro tipo de revestimiento es el de marca flakeline, que consiste en una combinacin de materialepxico y fibra de vidrio. Sus desventajas son el grosor del revestimiento (entre 0,020 y 0,040 pulgadas),que reduce la capacidad del motor de disipar el calor, y la baja tolerancia del material a daos mecnicos.Wood Group ESP puede proporcionar un metal resistente a la corrosin para los alojamientos delmotor, la bomba y el sello.

Guardacables planos

Los guardacables planos en ocasiones se usan para proteger el cable plano de motor ubicado al ladode la bomba y el sello contra daos mecnicos. En la mayora de los casos, la tolerancia entre casing,bomba y cable plano es mnima.Algunos operadores prefieren abstenerse de usar guardacables planos porque ocupan espaciodisponible y adems pueden arrastrar la bomba hacia arriba o hacia abajo durante la instalacin,ocasionando posibles daos.

Niple reductorEl niple reductor debe usarse segn se requiera, para adaptar la cabeza de pozo a la vlvula deretencin o a la tubera de produccin.

Polea Gua CableLa polea gua cable sirve para ayudar con la instalacin del cable. Est ubicada en la torre a una alturade aproximadamente 35 pies por sobre el nivel de superficie. Siempre hay que usar una para instalaro sacar equipos.

CarretosLos carretos sirven para trasladar cables y hacer maniobras con ellos en

esp components

Documents