mezclador estatico para crudo pesado
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EVALUACIÓN DE MEZCLADOR ESTÁTICO EN UN POZO DE CRUDO EXTRAPESADO, FAJA
PETROLÍFERA DEL ORINOCO.
Steve Marfissi / Francisco Brito / Alberto Lujan / Fernando Campos. PDVSA E&P
Maria Miguez. Universidad de Oriente
Resumen
Los mezcladores estáticos son ampliamente utilizados en la industria de petróleo y gas,
especialmente en aplicaciones como la mezcla de gases en líquidos a altas presiones para
satisfacer las necesidades específicas del proceso (dispersión multifásica).
Este proyecto se basa en la instalación de un mezclador estático inserto en un niple perforado
taponado en el fondo de pozo (8 º API), ubicado en la Faja Petrolífera del Orinoco. Inicialmente una
prueba de campo se llevó a cabo en un área piloto, donde se evaluó el mezclador estático para
verificar si el equipo era capaz de cambiar el régimen de flujo de un flujo multifásico, de flujo
estratificado o tapón a flujo burbuja, generando una reducción significativa de la densidad del fluido,
es decir, la homogeneización de la corriente multifasica.
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en la prueba de campo en la que la densidad del fluido
se redujo con el uso del mezclador estático, esta aplicación fue evaluada en un pozo productor con
una bomba de cavidad progresiva, obteniendo una reducción del 20% del consumo de diluyente
manteniendo la misma gravedad API del petróleo crudo diluido. Del mismo modo, la tasa de
producción de petróleo fue similar a la anterior, incluso cuando una bomba de menor capacidad fue
utilizada. Además, se observó una disminución de la presión anular, lo que indica una menor tasa
de gas libre a la entrada de la bomba cuando se compara con el caso sin mezclador estático de
fondo de pozo.
El uso del mezclador estático permitirá el incremento de la vida útil de la bomba de cavidad
progresiva, por lo que la empresa tendrá un ahorro considerable al reducir el costo de
mantenimiento y el consumo de diluyente.
Introducción
La eficiencia volumétrica de las bombas de cavidades progresivas (BCP), al igual que la de otros
tipos de bombas, es afectada de manera significativa por la presencia de gas libre en su interior. Es
por ello que en los casos donde se espera tener fracciones de gas significativas a la entrada de la
bomba, se recomienda invertir esfuerzos en la separación de gas instalándose comúnmente anclas
de gas o separadores estáticos gas-líquido en la tubería de producción, en estos casos debe
tenerse en cuenta que el separador actúa como un sistema que tiene dos efectos, a medida que
separa gas libre crea una caída de presión adicional. El segundo efecto es perjudicial, pues induce
una liberación adicional de gas y aumenta el volumen ocupado por la masa de gas libre.
Se conoce que la separación gas en fondo por equipo convencionales no representa una totalidad
de la misma, manteniéndose presencia de gases en la entrada de la bomba, lo que genera
problemas en cuanto a la cantidad de gas presente que impide el manejo de líquido en el sistema,
por esta razón se evaluó el uso de un mezclador estático de fondo en un pozo productor de crudo
extrapesado con alta producción de gas, con la finalidad de lograr una mayor concentración de gas
disperso en el crudo que permita la facilidad de desplazamiento de la fase continua, y evitar el
trabajo de la bomba con altos volúmenes de gas.
Antecedentes
Con el fin de constatar el funcionamiento de la homogeneización en la mezcla crudo-gas, se realizó
una prueba de campo utilizando mezcladores de una (1) pulgada de diámetro (helicoidales y
entrelazados) conectados a la línea de flujo de un pozo productor. Inicialmente se efectuó una
corrida sin elementos para observar el comportamiento del fluido antes de la instalación de los
mezcladores de prueba verificándose el comportamiento de la densidad del fluido a través de un
medidor de flujo másico.
Fig. 1 Instalación de mezclador 1”. Prueba de campo
Mezclador 1”
Las mediciones de la corrida sin elementos mostraron variaciones considerables con rangos de
densidad entre 0,21 y 0,90 gr/cm3, demostrando la inconsistencia del flujo de fluido en la tubería. El
crudo utilizado en las pruebas provenía de un pozo cuya gravedad API es 12 y los resultados
obtenidos sirvieron de guía para la evaluación, dado que es difícil caracterizar (Densidad,
viscosidad, etc) flujo multifásico en tuberías. Comparativamente el comportamiento de los
mezcladores reveló una mejora, evidenciándose en los rangos de densidad donde los resultados
fueron menores a 0,3 gr/cm3. Lo descrito anteriormente puede ser observado en la siguiente
grafica.
Fig. 2. Comportamiento de densidad vs elementos del mezclador
En función de los resultados anteriormente mencionados se seleccionó un mezclador de tipo
entrelazado para evaluarlo en el pozo dado que es el único diseño capaz de formar un alto grado de
mezclado en corto tiempo y su diseño es para ser utilizado en fluidos viscosos.
Es importante resaltar que las industrias que emplean ampliamente el mezclado destacan aquellas
que manejan materiales viscosos y de reología compleja. Ejemplos de ellas son las industrias de
polímeros, de alimentos, de fermentación, farmacéutica y de cosméticos, entre las más importantes.
A nivel mundial no se tiene conocimiento de la aplicación de un mezclador estático en fondo de
pozo, por lo que las pruebas realizadas son de gran importancia dado que representan la primera
vez que es aplicado un mezclador estático en fondo de pozo para mejorar la eficiencia de
levantamiento en pozos productores de crudo pesado con alta producción de gas.
Variaciòn de la Densidad Vs Tiempo
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Den
sida
d (g
r/cm
3)
6 elementos entrelazados 6 elementos helicoidal sin internos
Desarrollo de la aplicación
Para la instalación del mezclador estático en el pozo fue necesario reemplazar el equipo de
levantamiento artificial del pozo, por presentar daño en el elastómero. Se realizó un monitoreo
continuo al pozo tomando en cuenta los valores de presión en cabezal, presión en el anular,
velocidad y torque de cabillas.
En el periodo previo a la instalación del equipo, el pozo estaba completado con una bomba con
capacidad de desplazamiento nominal de 8 barriles/rpm y al realizar la instalación del mezclador
estático, se colocó en el pozo una bomba con capacidad nominal de desplazamiento de 6
barriles/rpm.
El dispositivo funciona de la siguiente manera: La camisa o carcasa del mezclador funciona como
un separador de gas estático (tipo Poorboy), debido a su configuración tipo niple perforado con
agujeros desfasados 45° entre sí, esto provoca un cambio de dirección del fluido, el cual permite la
separación del gas en fondo, (una fracción del gas se desvía hacia el anular y la otra fracción es
arrastrada por el liquido a través del mezclador), en conclusión, disminuye el porcentaje de gas libre
a la entrada de la bomba, lo cual incrementa la eficiencia volumétrica de la misma.
Una vez la corriente de fluidos (la fase líquida y la fase gaseosa) pasa por lo internos del mezclador,
estas fases son forzadas a distribuirse uniformemente una fase sobre la otra, formando una mezcla
homogénea con una densidad y viscosidad menor por lo que la bomba puede trabajar bajo
condiciones de entrada estables, aumentando la eficiencia global del sistema e incrementando la
vida útil del equipo de fondo. Además la homogeneización de la mezcla se mantiene en su
trayectoria a través de la tubería de producción.
Fig. 3. Diagrama del mezclador estático de fondo
En la figura 4 se puede observar el comportamiento de estas variables antes y después de la
instalación del mezclador estático en fondo. Así mismo se observan los valores de presiones en el
anular mayor que la presión de cabezal, infiriendo que el pozo se encontraba saturado por gas en
todo el anular y las cavidades de la bomba eran empacadas parcialmente por este fluido y no por
crudo formando un patrón de flujo tapón donde la fase gaseosa es la más pronunciada inclusive
cuando la fase continua sigue siendo el líquido.
Luego de la instalación del mezclador estático, se muestra la inversión de las líneas de presión en
el anular y cabezal como resultado del efecto de mezclado a través del equipo, indicando que el
fluido producido se encuentra en gran parte homogeneizado (dispersión del gas en el líquido),
permitiendo que la bomba succione un fluido estable.
De igual manera se aprecia la estabilidad en la curva del torque, dado que la bomba desplaza una
mezcla homogénea facilitando el levantamiento del fluido debido a la reducción de su densidad, lo
cual permitiría incrementar velocidad en el pozo
Fig. 4. Comportamiento de variables operacionales del pozo de crudo extrapesado
Otro de los beneficios obtenidos con el uso del mezclador en el fondo, fue que se logró mantener el
°API de la mezcla con un menor consumo de diluente, esto debido a la homogeneización eficiente
de las corrientes de crudo y gas en el pozo la cual se mantiene inclusive a la descarga de la bomba,
0
50
100
150
200
250
300
350
8/1/2009 8/23/2009 9/14/2009 10/6/2009 10/28/2009 11/19/2009 12/11/2009 1/2/2010 1/24/2010 2/15/2010 3/9/2010 3/31/2010
Fecha
THP
/ Pca
sing
(psi
)
RPM
/ To
rque
(%)
THP (Psig) Casing (Psig) Torque (%) RPM
Instalación mezclador 18/11/2009
es decir que el patrón de flujo Burbuja, el cual gobierna el sistema, se mantiene en la línea de flujo.
La disminución de la cantidad de diluente que se inyecta en el cabezal del pozo, se debe a que se
mejoran las condiciones de mezclado en línea, al entrar en contacto una corriente de diluente
liquida con la corriente homogénea que proviene de la tubería de producción. La homogeneidad de
la corriente de producción facilita y mejora la distribución de la corriente de diluente
En la siguiente gráfica se puede apreciar esta similitud, donde la producción del pozo antes de la
instalación del mezclador era de 910 barriles de petróleo por día con un consumo de diluente de
530 barriles por día, lo que representa una relación diluente/crudo de 58%. Sin embargo, con el uso
del mezclador estático se logró obtener una relación diluente/crudo de 34% manteniendo el °API de
la mezcla en 14.7 y la diferencia en producción fue solo de 150 barriles de petróleo por día a pesar
de utilizar una bomba de menor capacidad de levantamiento.
Fig. 5. Comportamiento de producción
Otras Aplicaciones
En función de los resultados obtenidos en el pozo, se instaló otro mezclador estático en un pozo de
crudo extrapesado con una alta producción de gas, el cual servirá para corroborar los beneficios del
uso de los mezcladores estáticos en crudos pesados.
XPDiluente
°API antes
despues
760
259
14.7
910
530
14.60
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1,000
antes despues
Adicionalmente, se tiene previsto la aplicación de un mezclador estático en un pozo productor por
Gas Lift, con la finalidad de lograr un mejor mezclado a nivel de la válvula de inyección y de esta
forma mejorar el sistema de levantamiento. A manera de visualizar y corroborar los beneficios
obtenidos en las pruebas de campo, se tiene planteado realizar un estudio utilizando la simulación
de la dinámica de fluidos en un mezclador a través del uso de un software especializado.
References
Brown, K.E.: “The Technology of Artificial Lift Methods”, Vol. 4, Pennwell Publishing Co.,
Tulsa, 1984
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http://www.sulzer.com/desktopdefault.aspx/tabid-525/545_read-13851
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