parte iii diseño

7/28/2019 Parte III Diseo

1/40

PARTE III. DISEO BCP.


2/40

PARTE III. DISEO DEL SISTEMA BCP

2

PARTE III. DISEO DEL SISTEMA BCP.

3.1 INFORMACION PREVIA REQUERIDA PARA EL DISEO.Datos de Yacimiento:

Presin esttica del yacimiento.

Presin de burbujeo.

Viscosidad del petrleo.

Profundidad del intervalo abierto.

Tasa de produccin estimada.

Temperatura del yacimiento.

Gravedad especfica del fluido

Gravedad del gas.

Volumen de gas en solucin.

Declinacin.

Reservas.

Datos de Completacin.

Profundidad y desviacin del pozo.Diseo de revestidores (profundidad, peso y dimetro).

Dimetro, peso y profundidad de tubera de produccin.

Datos de Produccin:

Presin de tubera en superficie.

Relacin gas petrleo.

Porcentaje de agua y sedimentos.

Gravedad API.

Manejo de fluidos indeseables (arena, emulsiones, gas, H2S, etc.)

Presin de fondo fluyente.

Tasa de produccin.


3/40


3

3.2. PROCEDIMIENTO DEL DISEO Y SELECCIN DEL SISTEMA BCP.

Consiste en el diseo de completaciones de pozos productores de petrleoy Gas para producir mediante el mtodo de Levantamiento Artificial por Bombeo

de Cavidad Progresiva (BCP), determinando profundidad, especificaciones

tcnicas de los equipos requeridos, as como las condiciones de operacin para

producirlo a su potencial.

3.3. DISEO Y SELECCIN DE LOS COMPONENTES DELSISTEMA.

3.3.1 Equipos de Subsuelo.

3.3.1.1. Bomba de Cavidades Progresivas (BCP).

a. Dimensiones del Estator.

Para conocer si el estator de la bomba es compatible con el revestidor de

produccin se emplea la siguiente regla:

100,0 DriftdMAX .

Donde:

estatordelmximoDimetropudMAX lg)(

revestidordelernoDiametropuDrift intlg)(

No se debe usar un estator cuyo dimetro externo sea mayor al dmx. En los

catlogos de los Fabricantes tambin se muestran los dimetros de los

revestidores compatibles con los modelos de Bomba.


4/40


4

b. Seleccin del Elastmero.

Para la seleccin del elastmero a utilizar es necesario realizar lo siguiente:

1. Caracterizacin fsico qumica en la fase lquida. (Anlisis S.A.R.A.).

2. Estudio de compatibilidad entre el elastmero y el crudo.

1. Realizar caracterizacin fsico qumica en la fase lquida. (Anlisis

S.A.R.A.), mediante el cual se determina: Viscosidad, Gravedad API, Contenido

de Saturados, Aromticos, Resinas, Asfaltenos.

La tabla anexa, le indicar de una forma cualitativa al analista el elastmero a usar

en su aplicacin:

PROPIEDAD

BAJO

CONTENIDO DE

NITRILO

NBR

NITRILO

ESTNDAR

NBR

ALTO

CONTENIDO DE

NITRILO

NBR

NITRILO

HIDROGENADO

HNBR

FLUOROELAS

TMERO

Propiedades

mecnicas Muy buenas Buenas Promedio Muy buenas Promedio

Resistencia

trmica

mxima (F)

200 200 210 380 500

Temperatura

de servicio

promedio(F)

180 180 180 350 450

Resistencia

abrasin

Muy Buena Buena Promedio BuenaPromedio/

PobreResistencia

aromticosPobre Promedio Buena Promedio Muy Buena

Resistencia

crudos agrios

Promedio/

PobrePromedio Promedio Buena Promedio


5/40


5

Resistencia a

H2S

Promedio/

PobrePromedio Muy Pobre Buena Promedio

Resistencia a

agua

Promedio/

Pobre

Promedio/

Pobre Pobre Promedio Buena

Resistencia al

ampollamiento

por gas

Buena Promedio Buena Buena Promedio

TABLA. SELECCIN CUALITATIVA DEL ELASTMERO

En el anexo XX (pag 11 manual Geremia) se muestra una gua para la seleccin

del elastmero para estatores de BCP.

2. Realizar un estudio de compatibilidad entre el elastmero y el crudo mediante

el cual se evala la capacidad mecnica inicial del elastmero y la variacin de las

propiedades mecnicas en muestras envejecidas.

PROPIEDADES MECNICAS MNIMAS REQUERIDAS

Hinchamiento 3 5 %

Dureza Shore A 55 a 70 puntos

Resistencia Tensil Mayor a 15 Mpascal

Elongacin a la ruptura Mayor del 500%

Resistencia a la fatiga Mayor a 55 Mciclos

Resistencia al corte Mayor a 4 Kg/mm


6/40


6

VARIACI N EN LAS PROPIEDADES MEC NICAS

(MUESTRAS ENVEJECIDAS)

HinchamientoMenor o igual al 3%, utilizar Rotor EstndarDel 3 al 8 %, utilizar, Rotor Sub dimensionado

Mayor al 8%, descartar este elastmero

Elongacin 55 a 70 puntos

Resistencia Tensil Mayor a 15 Mpascal

Dureza Shore A Mayor del 500%

Resistencia a la fatiga Mayor a 55 Mciclos

TABLA XX. SELECCIN DEL ELASTMERO DE ACUERDO A SUS

PROPIEDADES MECANICAS

Los estudios indicados anteriormente son realizados por especialistas en el

rea de elastmeros quienes entregan un informe con los resultados obtenidos

(tipo de elastmero adecuado) al analista de produccin para su posterior

aplicacin, tal es el caso de PDVSA INTEVEP.

c. Seleccin del Rotor.

Para la seleccin del dimetro del rotor debe considerarse el hinchamiento por

efecto de la temperatura de fondo y composicin de los fluidos manejados. Otra

variable a considerar para la seleccin del dimetro del rotor es la viscosidad del

fluido a manejar por la bomba. Con estos datos se realiza una primera seleccin

del dimetro del rotor utilizando los catlogos de los fabricantes, las experiencias

en campo determinarn la seleccin definitiva.

Se dispone de tres tipos de rotores:


7/40


7

De Dimensin Estndar.

Subdimensionado.

Sobredimensionado.

En la Tabla XX (Variacin de las Propiedades Mecnicas Intevep) se muestran los

parmetros de seleccin del rotor en funcin del hinchamiento.

Para la seleccin del rotor a travs de la Grfica suministrada por el fabricante se

requiere conocer: Temperatura en F. y Viscosidad Dinmica ( f ) en cP.

Generalmente en aplicaciones petroleras se tiene como dato el valor de laViscosidad Cinemtica ( ) en Cst. Para encontrar el valor en cP se realiza lo

siguiente:

Se calcula la Gravedad Especfica del Crudo SG :

5.131

5.141

API

SG

Donde:

API: Es la Gravedad API del Crudo.

Se calcula la Densidad del Crudo :

SGk

Donde:

3012,999 m

kgk

*f


8/40


8

CinemticaidadViss

mcos:

2

DinmicaidadViscPf cos:

En la Fig. XX, se ubica el valor de Ty en el eje X y el valor de f en el eje de

las Y.

FIG. XX. GRAFICA PARA LA SELECCIN DEL DIAMETRO DEL ROTOR.

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150TEMPERATURA C

1

2

3

5

7

9

11

13

15

17

20

30

50

100

200

500

10002000

5000

20000

50000

VISCOSIDAD

cP

80 100 120 140 160 180 200 220240

260280 300

TEMPERATURA F

SOBREDIMENSIONADO ESTANDAR SUBDIMENSIONADO

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150TEMPERATURA C

1

2

3

5

7

9

11

13

15

17

20

30

50

100

200

500

10002000

5000

20000

50000

VISCOSIDAD

cP

80 100 120 140 160 180 200 220240

260280 300

TEMPERATURA F

SOBREDIMENSIONADO ESTANDAR SUBDIMENSIONADO


9/40


9

d. Dimensiones del Niple de Paro.

El Niple de Paro es un accesorio de la bomba y su tamao depende de las

dimensiones de la Serie de la Bomba, generalmente es de 1 de longitud. Paraconocer las dimensiones en cada caso se debe ver el catalogo del fabricante.

e. Seleccin de la Bomba (Clculo del Indice de Productividad y Clculo de la

Capacidad Hidrulica de la BCP).

Clculo del ndice de Productividad: Se puede realizar a travs de cualquiera

de estas tcnicas:

Mtodo del Indice de Productividad.

PwfPs

QIP L

FIGURA XX. CURVA DE INDICE DE PRODUCTIVIDAD LINEAL

Donde:

LQ : Caudal de fluido. (BPD)

Ps= Presin Esttica de Yacimiento. (psi)

Pwf =Presin de Fondo Fluyente. (psi).

Pe

QMAXCAUDAL

PRESION


10/40


10

Mtodo de la IPR (inflow performance relationship)

2

max

8.02.01

Ps

Pwf

Ps

Pwf

Q

QL

Donde, maxQ representa la tasa de flujo cuando la presin fluyente se hace igual a

cero.

FIGURA XX. CURVA DE VOGEL PARA EL DESEMPEO DE AFLUENCIA.

Clculo de la Capacidad Hidrulica de la BCP.

Dos de las variables a considerar en la seleccin de una bomba de cavidad

progresiva la constituyen su capacidad de levantamiento y desplazamiento

volumtrico.

Pwf/Ps

QL/QMAXCAUDAL

PRESION


11/40


11

FIG. XX. CONFIGURACION DEL POZO.

La siguiente expresin define la capacidad de levantamiento de la bomba:

Ps

Pd

Pwf

Dp

Nd

Gf

Gg

Gfa

PMP

0

PsepCHP

L

drev

dt

dcab

THP

Ps

Pd

Pwf

Dp

Nd

Gf

Gg

Gfa

PMP

0

PsepCHP

L

drev

dt

dcab

THP


12/40


12

PsucPdPp

donde:

Pd(psi) Presin de Descarga: Es la presin que debe vencer la bomba para

lograr transportar los fluidos hasta la estacin de flujo.

Psuc (psi) Presin de Succin: Est dada en funcin de la presin de fondo

fluyente, columna hidrosttica del fluido en el revestidor (desde las perforaciones

hasta la entrada de la bomba) y el P por friccin en el revestidor.

Clculo de la Presin de Succin:

CASINGFRICCIONPDpPMPgPwfPsuc )(*1045,1 4

Donde:

Psuc :Presin de Succin. (psi)

Pwf:Presin de Fondo Fluyente. (psi)

: Densidad del fluido (Kg/m3).

g: Aceleracin de Gravedad. (9.8 m/s2)

CASINGP puede ser calculado mediante la expresin:

4

3

)2

(

)(10*16.1

rev

Lf

CASING d

QDpPMPP


13/40


13

Donde:

FIG XX . CONFIGURACION DEL POZO PARA EL CALCULO DE LA

PRESION DE SUCCION

CASINGP : Cada de Presin por Friccin en el Revestidor desde las Perforaciones

a la entrada de la Bomba. (psi).

f : Viscosidad del fluido. )(sm

kg

DpPMP : Longitud entre las Perforaciones y la Entrada de la Bomba. ( m )

LQ : Tasa de Produccin de Diseo. (

s

m3

)

drev: Dimetro del Revestidor. ( m )

PMP-Dp

drev

f

PMP-Dp

drev

f


14/40


14

Clculo de la Presin de Descarga:

TUBERIFRICCIONfLINEAFRICCIONSEP PDpGPPPd )(

Donde:

Pd: Clculo de la Presin de Descarga. (psi)

SEPP : Presin del Separador. (psi)

LINEAFRICCIONP : Cada de Presin por Friccin en la Lnea de Flujo. (psi)

fG : Gradiente de Fluido Dinmico. (psi/pie).

Dp : Profundidad de la Bomba.(pie)

TUBERIFRICCIONP : Cada de Presin por Friccin en el espacio anular entre la

Tubera de Produccin Cabilla. (psi)

El trmino LINEAFRICCIONP puede ser calculado mediante la expresin:

4

3

)2

(

10*16.1

LF

f

LINEAFRICCION d

LQP

Donde:

LINEAFRICCIONP : Cada de Presin por Friccin en la Lnea de Flujo. (psi)


kg

L : Longitud de la Lnea de Flujo. ( m )


15/40


15

LQ : Tasa de Produccin de Diseo. (s

m3

)

LFd : Dimetro de la Lnea de Flujo. ( m )

El trmino )( DpGf puede ser obtenido a partir de correlaciones de flujo

multifsico vertical a la profundidad de la bomba. Para clculos manuales con una

menor precisin puede estimarse de la siguiente forma:

)(*10*45,1 4 psiDpgDpGf

Donde:

g: Aceleracin de Gravedad. (9.8 m/s2)

: Densidad del fluido (Kg/m3). La cual puede estimarse as:

SGk

Donde:

k: 999,012 Kg/m3.

SG : Gravedad especfica del fluido. (Adimensional) La cual puede calcularse as:

5.131

5.141

APISG

donde:

API : Es la Gravedad API del crudo.


16/40


16

Dp : Profundidad de la Bomba (m).

El trmino P puede ser calculado mediante la expresin:

rcartrcart

rcart

QDpP L

f

TUBERIAFRICCION

/ln

10*16.1222

44

3

donde:

TUBERIFRICCIONP : Cada de Presin por Friccin en el espacio anular entre la

Tubera de Produccin Cabilla. (psi)


kg

rt: Radio interno de la tubera de produccin. ( m )

rca : Radio de la Cabilla. ( m )

LQ : Tasa de Produccin de Diseo. ( sm

3

)

Dp : Profundidad de la Bomba. ( m )

Esta expresin calcula de manera bastante apropiada la cada de presin por

friccin a largo de la tubera de produccin, ya que considera dimetro interno de

la tubera de produccin, dimetro de las cabilla, viscosidad y profundidad de

asentamiento de la bomba.

Clculo del Diferencial de Presin en la Bomba:


17/40


17

PsucPdPp

Como factor de seguridad para determinar la Pp , se considera un 20 %

adicional, es decir:

PpPps *2.1

Seleccin de la Bomba:

Una vez obtenida la capacidad de levantamiento, la tasa de diseo

estimada y tomando consideracin que se recomienda que una velocidad de

operacin de la bomba de 250 rpm, se selecciona la bomba deseada segn los

grficos proporcionados por el fabricante (ver ANEXO: CARTA DE SELECCIN

DE LA BOMBA). Para realizar esta seleccin se deben ejecutar los siguientes

pasos:

Se ubica en el eje vertical de la tabla la capacidad de levantamiento calculada sPp

(considerando el factor de seguridad del 20%).

Se determina la produccin deseada referida a la velocidad (rpm) mxima de

diseo con la que se construy la tabla mediante la siguiente expresin:

Lt QtablaRPM

Q 250

)(

Se ubica la tasa calculada en el punto anterior en el eje horizontal de la

Grfica XX.


18/40


18

La interseccin identifica la bomba a seleccionar.

El variar el criterio de velocidad de operacin del equipo a 250 RPM puede

determinar el uso de una bomba u otra. Es potestad del Analista tomar otro criterio

segn se est dispuesto a operar el equipo a mayor o menor velocidad, lo cual va

a depender de si se poseen accesorios y facilidades para manejar altas

velocidades.

Para la seleccin de la bomba (dimetro externo del estator), siempre se deben

considerar las limitaciones existentes por las dimensiones del revestidor y/o forro

ranurado presentes en el pozo (ver Tabla XX, Seccin Estator).

2000180016001400120010008006004002000

26024020018016014012040200 1008060 220 280 300 320

BFPD

m3/da1500

1700

2400

2100

2700

3000

100

120

160

140

180

200

Kg/cm2

PSI

500 RPM

28.40-50028.35-300

28.25-125

28.20-60

24.20-60

24.25-125

24.35-300

24.40-500

24.40-1200

3300

3900

3600

4200

4500

220

260

240

280

300

4800

320

29.45-700

32.40-1200

40.40-1200

48.40-1200

22.40-2500

2000180016001400120010008006004002000

26024020018016014012040200 1008060 220 280 300 32026024020018016014012040200 1008060 220 280 300 320

BFPD

m3/da1500

1700

2400

2100

2700

3000

100

120

160

140

180

200

1500

1700

2400

2100

2700

3000

100

120

160

140

180

200

Kg/cm2

PSI

500 RPM

28.40-50028.35-300

28.25-125

28.20-60

24.20-60

24.25-125

24.35-300

24.40-500

24.40-1200

3300

3900

3600

4200

4500

220

260

240

280

300

3300

3900

3600

4200

4500

220

260

240

280

300

4800

320

29.45-700

32.40-1200

40.40-1200

48.40-1200

22.40-2500


19/40


19

Nota: En caso de que no se disponga de la grfica mencionada, y en cambio, se

tenga una tabla descriptiva de los tipos de bomba disponible, podra suceder que

nos encontremos con dos bombas diferentes que puedan manejar la misma tasa,pero diferente capacidad de levantamiento. En este caso la correcta bomba ser

aquella que cumpla con nuestro sPp .

3.3.1.2. Seleccin del Tipo de Tubera de Produccin.

Lo ms recomendable para la seleccin de las dimensiones de la tubera de

produccin es mantener el mismo dimetro a lo largo del pozo. En general, los

fabricantes definen para cada tipo de bomba tablas que relacionan la

compatibilidad entre la bomba, la cabilla y la tubera de produccin. Estas tablas

normalmente toman consideraciones especiales para que las dimensiones del

primer tubo conectado encima de la bomba permitan el movimiento excntrico

producido por el rotor y transmitido a la primera cabilla conectada a ste (donde el

movimiento excntrico se hace ms crtico). Ver anexo XX

3.3.1.3. Clculo de los esfuerzos de Tensin, Torsin y Dimensiones de la

Cabilla.

A continuacin se muestra el procedimiento para el clculo de cada uno:

Esfuerzo de tensin F, generado por su propio peso y un diferencial de la

bomba.

Seleccin del grado de la cabilla.


20/40


20

Depende de las caractersticas de los ambientes de operacin. En general en

ambientes corrosivos se requieren cabillas grado K y en ambientes no corrosivos

se utilizan cabillas grado C.

GRADO APLICACIN EN CAMPO

C Ambiente no corrosivos

K Ambientes corrosivos

D Altos requerimientos de cargas

TABLA XX .APLICACIN EN CAMPO DE LAS CABILLAS SEGN SU GRADO.

Dimensiones de la cabilla.

En la tabla anexa, podr observarse las dimensiones y caractersticas de las

cabillas ms usadas:

Dimetro Area Peso en Aire

Constante

Elacticidad Longitud

API (pulg) pulg2 (Wr) (lb/pie) (pulg/lbs/pie) pie

5/8 0,307 1,13 1.270 x 10-6 25 o 30

3/4 0,442 1,63 0.883 x 10 -6 25 o 30

7/8 0,601 2,2 0.649 x 10 -6 25 o 30

1 0,785 2,88 0,497x 10 -6 25 o 30

1 1/8 0,994 3,67 0.393x 10 -6 25 o 30

TABLA XX ESPECIFICACIONES DE CABILLAS.

Carga generada por la altura de la bomba.


21/40


21

Para determinar las cargas de tensin sobre las cabillas, generadas por la

profundidad de asentamiento de la bomba, se puede utilizar la siguiente ecuacin:

sPpdr

EFc

42

22

Donde:

Fc : Carga de tensin sobre las cabillas, generada por la profundidad de

asentamiento de la bomba (lbs).

E: Excentricidad Rotor - Estator. (pulg)

dr: Dimetro del Rotor (pulg)

Pp : Presin de Levantamiento (Head) (psi)

Carga generada por el propio peso de las cabillas sumergidas en el fluido a

la profundidad de la bomba

SGWrDpFp 127.01

Donde:

Fp :Carga generada por el propio peso de las cabillas sumergidas en el fluido a

la profundidad de la bomba. (lbs).

Dp : Profundidad de la Bomba. (pies)

Wr: Peso de las Cabillas. (Ver Tabla XX) (lbs/pie)

SG : Gravedad Especfica del fluido. (Adimensional.)


22/40


22

Carga axial total soportada por las cabillas y transferida al cabezal (Fa ) (lbs)

FpFcFa Nota: Esta carga axial es un dato importante para conocer el tiempo de vida del

cabezal de rotacin.

Esfuerzo de tensin total soportado por las cabillas ( t )

Viene dado por:

Ac

Fat

Donde:

t : Esfuerzo de tensin total soportado por las cabillas. (psi)

Fa : Carga axial total soportada por la cabilla. (lbs)

Ac : Area seccional de la Cabilla. (pulg2) (Ver Tabla XX)

Esfuerzo mximo soportado ( )(max )

Se ubica en la siguiente Tabla segn el grado seleccionado previamente.

GRADOESFUERZO MAXIMO

SOPORTADO )(maxt [lpc]

C 90000

K 85000

D 115000

Tabla XX. ESFUERZO MXIMO POR TENSIN SOPORTADO

POR LAS CABILLAS SEGN SU GRADO.


23/40


23

Esfuerzo mximo permisible ( )(per )

Se calcula con la siguiente expresin:

Fsmaxper t )()(

Donde:

)(per Esfuerzo mximo permisible (psi)

)(max : Esfuerzo mximo soportado. (psi)

Fs : Es un factor de servicio que se encuentra en la siguiente Tabla y que depende

del ambiente en el cual operen las cabillas.

AMBIENTE GRADO C GRADO D

Normal 1.0 1.0

Salino 0.65 0.9

H2S 0.5 0.7

TABLA XX. FACTORES DE SERVICIO DE LAS CABILLAS EN FUNCIN DE

SU GRADO Y AMBIENTE DE TRABAJO.

Finalmente, la seleccin de cabillas se realiza comparando el esfuerzo de tensin

t calculado, con los esfuerzos mximos permisible )(pert . La cabilla a utilizar

ser aquella cuyo t < )(pert .

Torsin generada por la resistencia al torque


24/40


24

Para definir el esfuerzo de torsin se hace necesario calcular el torque total que

considera los efectos del torque mecnico y torque por friccin segn la siguiente

expresin:

fm TTT

Donde:

T: Torque Total.

Tm : Torque Mecnico.

Tf: Torque por Friccin.

Clculo del Torque Mecnico:

f

Pm

E

PVT

1000

010432,0

EstatordelPasodEV r

4 .

fE = 0.70 para el diseo (recomendado).

Clculo del Torque por Friccin.

Se realiza a travs de la siguiente expresin:

22

22 ***4

rcart

rcartDpT f


25/40


25

: Velocidad Angular (rad/s)

f : Viscosidad del fluido (Kg/ms)

Dp : Profundidad de la Bomba. (m)

rt: Radio Interno de la Tubera de Produccin. (m)

rca : Radio de la Cabilla. (m)

fT = Torque por Friccin (Newton * m).

Esfuerzo Torsional ( )

3

4

.16*10*45,1

drT

Donde:

: Esfuerzo Torsional (psi)

T: Torque Total. (Newton * m)

dr: Dimetro del Rotor. (m)

Esfuerzo combinado total sobre las cabillas ( c )

22

tc

Donde:

c : Esfuerzo combinado total sobre las cabillas. (psi)

: Esfuerzo Torsional. (psi)

t : Esfuerzo de tensin total soportado por las cabillas. (psi)


26/40


26

Torque combinado (Tc )

16. 3 cdrTc

Donde:

Tc : Torque combinado. (lbs*pulg)

dr: Dimetro del Rotor. (pulg)

c : Esfuerzo combinado total sobre las cabillas (psi)

3.3.1.4. Seleccin del Ancla de Gas.

La eficiencia volumtrica de las B.C.P, al igual que en otros tipos de bomba es

afectada de manera significativa por la presencia de gas libre. Es por ello que en

los casos donde se espera tener fracciones de gas por encima de lo permisible a

la entrada de la bomba, se recomienda invertir esfuerzos en la colocacin de un

separador de gas.

En aquellos casos donde la separacin de gas natural no es suficiente y la

viscosidad del fluido lo permite se recomienda el uso de un separador esttico de

gas (ancla de gas). Uno de los factores por los cuales no se aplica un separador

dinmico en pozos con bombeo por cavidad progresiva es por que las velocidades

de rotacin alcanzadas son muy bajas y no permiten accionar eficientemente el

separador centrfugo.

3.3.2 Equipos de Superficie.

3.3.2.1. Clculo de Potencia y Seleccin del Motor.


27/40


27

Potencia del motor

Una vez seleccionada la bomba, se toma su curva de comportamiento

correspondiente. Esta curva de comportamiento varia dependiendo del fabricante,

pero en general con ella podemos calcular los requerimientos de potencia al motor

(HPc) y la velocidad de rotacin (RPM de la bomba) necesaria para producir la

tasa de diseo ( LQ ). (Ver FIG. XX).

CLCULO DE LOS REQUERIMIENTOS DE POTENCIA A PARTIR DE LA

CURVA DE LA BOMBA

0

3

6

9

12

15

18

100 RPM

200 RPM

300 RPM

400 RPM

500 RPM

100RPM

200RPM

300RPM

400RPM

500RPM

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

100

200

300

400

500

600

10

15

20

25

5

0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

20 40 60 80 100 1200

0

m3/da

BFPDHP Kw

PSI

Kgf/cm2

0

3

6

9

12

15

18

0

3

6

9

12

15

18

100 RPM

200 RPM

300 RPM

400 RPM

500 RPM

100RPM

200RPM

300RPM

400RPM

500RPM

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

100

200

300

400

500

600

100

200

300

400

500

600

10

15

20

25

5

0

10

15

20

25

5

0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

20 40 60 80 100 12020 40 60 80 100 1200

0

m3/da

BFPDHP Kw

PSI

Kgf/cm2


28/40


28

La potencia del motor considerando los esfuerzos combinados, tambin puede ser

calculada mediante la siguiente expresin:

63024

RPMTcHP

HP: Potencia del Motor.

Tc : Torque combinado. (lbs*pulg)

RPM: Velocidad.(RPM)

A la potencia calculada se deben aplicar los siguientes factores de seguridad

segn el caso.

Equipo accionado por motovariador mecnico (considera un factor de seguridad

de 20% correspondiente a prdidas por poleas, correas y rodamientos):

2.1 HPHPmv

Equipo accionado por motorreductor (considera un factor de seguridad de 10%

correspondiente a prdidas por rodamientos):

1.1 HPHPmr

3.3.2.2 Seleccin del Cabezal de Rotacin.

La seleccin del Cabezal de Rotacin se realiza con la carga axial Fa (lbs), con

este valor se va a la grfica del fabricante, (en este caso tomaremos de ejemplo la

Marca Geremia), para entrar en las grficas se tiene que convertir el valor de Fa


29/40


29

en lbs a Toneladas. En el catalogo del fabricante se tienen la grficas de

Velocidad de Rotacin (RPM) vs Vida til del Equipo, correspondiente a los

modelos de cabezales de rotacin, en la misma se observan los valores de laCarga Axial en Toneladas y se obtiene la Vida til del equipo de acuerdo a la

Velocidad de Rotacin. Ver Grfica XX.

CABEZAL DE ROTACION BV-9-1"

(9 TON. BEARING)

7

Ton8

Ton

9

Ton10

Ton

12

Ton

0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

LIFE (HOURS*1000)

RPM

FIG. XX. GRAFICA DE VIDA UTIL DEL CABEZAL DE ROTACION

GEREMIA BV-9-1.


30/40


30

Esta seleccin solo considera los requerimientos de carga por diseo, pero es

importante resaltar que se debe verificar la compatibilidad del cabezal de rotacin

con el motor mediante la tabla suministrada por el fabricante, con lasespecificaciones del motor seleccionado. (Ver Tabla XX)

MODELO

DEL

CABEZAL DE

ROTACION

POTENCIA

(KW)

MODELO DEL MOTOR ACOPLE

SEW FLENDER FLENDER

BV-9-1

4 RF 80 DX 112 M4 EF 80-A 112 M4

A 180

N-EUPEX

7.5 RF 80 DX 132 M4 ZF 80-G 132 M4

9.2 RF 80 DX 160 M4

11 RF 80 DX 160 M4

15 RF 80 DX 160 LZ4

BV2-15-1 1/8

18.5 (25 HP) RF 90 DX 180 M4

22 (30 HP) RF 90 DX 180 L4A 200

N-EUPEX

30 (40 HP) RF 100 DV 200 L4

37 (50 HP) RF 100 DV 225 S4

3.4. PARAMETROS QUE AFECTAN EL DESEMPEO DE LA BOMBA.

FRACCION DE GAS LIBRE vs. PRESION.

La Fraccin de Gas Libre (Fg) a la entrada de la bomba es una variabledeterminante en el funcionamiento y en la factibilidad de aplicar el mtodo BCP y

adems es altamente dependiente de la Relacin Gas Petrleo (RGP), Rs,

Presin y Temperatura.


31/40


31

FIG. XX FRACCION DE GAS LIBRE VS. PRESION

En la figura se presenta:

Fraccin de Gas Libre (Fg) en funcin de la Presin de Entrada a la Bomba.

Sensibilidad a la Relacin Gas Petrleo (RGP).

Eficiencia de Separacin Constante.

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

pip (psig)

Fg

RGP=100

RGP=200

RGP=400

RGP=600

RGP=800

RGP=1000

Efi. Separacin = 50%


32/40


32

La figura muestra por ejemplo que para una diferencia de 400 (Lnea desde

el valor de RGP de 600 a 1000) puede llegar a representar una diferencia de 12%aproximadamente para una presin constante de 550 a una eficiencia de

separacin constante de 50 %.

En conclusin, para un valor constante de Presin de Entrada a la Bomba al

realizar sensibilidad a la Relacin Gas Petrleo (RGP) se observa que a medida

que esta aumenta el Porcentaje de Gas Libre a la Entrada de la Bomba tambin

aumenta, (todo esto a Presin de entrada a la Bomba y a una Eficiencia de

Separacin constante).

RELACIN GAS PETRLEO (RGP) vs. CAUDAL.

En esta seccin se presenta el efecto de la Relacin Gas Petrleo (la cual

es directamente proporcional a la Fraccin de Gas Libre a la Entrada de la Bomba)

en el Caudal de Petrleo producido.


Caudal de Petrleo (Qoil) en funcin de la Presin de Entrada a la Bomba.

Sensibilidad a la Relacin Gas Petrleo (RGP).


La figura muestra que para este caso una diferencia en la Relacin Gas

Petrleo (RGP) de 800 (Desde el valor de RGP de 400 a 1200) representa una

reduccin en la produccin de 100 BPD.


33/40


33

Fig. RELACIN GAS PETRLEO (RGP) vs. CAUDAL.

En conclusin, al realizar la sensibilidad a la Relacin Gas Petrleo (RGP)

se observa que medida que esta aumenta se reduce el Caudal de Petrleo quepuede ser manejado por la Bomba.

Este fenmeno ocurre ya que hay una mayor cantidad de gas a la entrada

de la bomba lo que reduce la eficiencia volumtrica, ya que el espacio de ocupa el

gas debera ocuparlo el crudo, (todo esto a una eficiencia de separacin

constante).

EFICIENCIA DE SEPARACIN VS. CAUDAL.

Como se explic anteriormente, el aumento en la Relacin Gas Petrleo (lo

que se traduce en un aumento del Porcentaje de Gas Libre a la entrada de la

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

1200 SCF/STB

800 SCF/STB

400 SCF/STB

RGP

(SCF/STB)

Qoil

(bnpd)

400 520

800 450

1200 420

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

1200 SCF/STB

800 SCF/STB

400 SCF/STB

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

1200 SCF/STB

800 SCF/STB

400 SCF/STB

RGP

(SCF/STB)

Qoil

(bnpd)

400 520

800 450

1200 420


34/40


34

Bomba) reduce notablemente el Caudal de Petrleo Producido dada una

reduccin en la eficiencia volumtrica, todo esto a una eficiencia de separacin

constante, en esta seccin se evaluar la sensibilidad a dicha eficiencia deSeparacin.


Caudal de Petrleo (Qoil) en funcin de la Presin de Entrada a la Bomba

Diferentes valores de la Eficiencia de Separacin.

Relacin Gas Petrleo Constante.

EFICIENCIA DE SEPARACIN VS. CAUDAL.

La figura muestra que para este caso una diferencia en la Eficiencia de

Separacin de 60 % (Desde el valor de 30 a 90) representa un aumento en la

produccin de 170 BPD.

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

Efsep= 30%

Efsep= 60%

Efsep= 90%

Efic. Sep

(%)

Qoil

(bnpd)

30 380

60 45090 550

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

Efsep= 30%

Efsep= 60%

Efsep= 90%

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

Efsep= 30%

Efsep= 60%

Efsep= 90%

Efic. Sep

(%)

Qoil

(bnpd)

30 380

60 45090 550


35/40


35

En conclusin, al realizar la sensibilidad a la Eficiencia de Separacin se

observa que medida que esta aumenta el Caudal de Petrleo tambin aumenta.

Este fenmeno ocurre ya que hay una reduccin en la cantidad de gas a la

entrada de la bomba lo que aumenta la eficiencia volumtrica, (todo esto a una

Relacin Gas Petrleo Constante), de all se determina la necesidad del uso de

separadores o manejadores de gas.

VELOCIDAD DE OPERACIN VS. CAUDAL.

En esta seccin se presenta el efecto de la velocidad de operacin en el

Caudal de Petrleo.


Caudal de Petrleo (Qoil) en funcin de la Presin de Entrada a la Bomba.

Diferentes valores de la Velocidad de Operacin.

Relacin Gas Petrleo Constante.


La figura muestra que para este caso una diferencia en la Velocidad de

Operacin de 400 r.p.m. (Desde el valor de 100 a 500) representa un aumento en

la produccin de 425 BPD.


36/40


36

En conclusin, al realizar la sensibilidad a la Velocidad de Operacin se

observa que medida que esta aumenta el Caudal de Petrleo tambin aumenta.

Fig. SENSIBILIDAD A LA VELOCIDAD DE OPERACIN VS. CAUDAL.

3.5. PROGRAMAS DE APOYO. COMPARACION DE SIMULADORES

COMERCIALES.

Una vez recopilados todos los datos e informacin necesaria para disear

un sistema de BCP se recomienda hacer uso de un programa desarrollado para

esa finalidad.

Actualmente se cuenta con los programas BCPI (PDVSA INTEVEP),

Win.Petro (PCM), el Screw-Pump (Griffin), el PC-Pump (C-Fer), etc.

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

100 r.p.m 300 r.p.m 500 r.p.m

N

(r.p.m)

Qoil

(bnpd)

100 125

300 350

500 550

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

100 r.p.m 300 r.p.m 500 r.p.m

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

Caudal Oil(STB/day)

P

(psig)

100 r.p.m 300 r.p.m 500 r.p.m

N

(r.p.m)

Qoil

(bnpd)

100 125

300 350

500 550


37/40


37

El programa BCPI utiliza el anlisis nodal para determinar el punto de

funcionamiento ptimo (caudal mximo), compatible con la capacidad de

produccin del pozo y las posibilidades operacionales de la bomba sugerida por elusuario. Adicionalmente permite la asignacin arbitraria del caudal de crudo y de

la velocidad de rotacin, con valores inferiores a los determinados por el programa

en la etapa de optimizacin.

SIMULADOR BCPI. PRESELECCION.

Fig. BCPI PRESELECCION.


38/40


38

CARACTERISTICAS RESALTANTES:

SIRVE DE AYUDA PARA INGENIEROS DE POCA PERICIA EN EL AREA.

REALIZA PRESELECCION BASADA EN CRITERIOS DE DISEO.HERRAMIENTAS PARA ESTANDARIZACIN DE EQUIPOS.

SIMULADOR SIESE. PRESELECCION.

Fig. SIMULADOR SIESE. PRESELECCION


SIRVE DE AYUDA PARA INGENIEROS DE POCA PERICIA EN EL AREA.


39/40


39

REALIZA UNA PRESELECCION DEL ELASTOMERO EN FUNCIN DE

CARACTERISTICAS DEL CRUDO.

HERRAMIENTAS PARA ESTANDARIZACIN DE EQUIPOS.

PC PUMP. DISEO.

Fig. PC PUMP. DISEO



40/40


INCLUSIN DE CABILLA CONTINUA ENTRE OTRAS

BASE DE DATOS DE EQUIPOS DE SUPERFICIE Y BOMBAS.

INCLUSION DE ELECTROBCP CON DISEO DEL CABLE.POZOS HORIZONTALES (NO MULTILATERALES).

IPR, FETKOVICH, VOGEL, ENTRE OTRAS CORRELACIONES.

CORRELACIONES DE FLUJO MULTIFASICO (ANSARI) Y BLACK OIL.

COMPARACIN DE EQUIPOS

Carac tersti ca BCPI (INTEVEP) PC-Pump (CFER)

Manejo de pozos

horizontales

Modelo muy sencillo, no

validado con datos reales.No considera desgaste.

Modelo validado con datos

de campo si consideradesgaste

Flujo en Tubera deProduccin

Pseudo fluido. Monofsicocon correccin pordensidad

Monofsico y multifsico.Utiliza los modelos ycorrelaciones de laUniversidad de Tulsa.

Base de datos debombas

Se limita a las curvas decomportamiento hidrulicode las bombas.

Incluye curvas hidrulicas yotros detalles geomtricossuministrados directamentepor los fabricantes (nodisponibles en catlogo).

Pre - Seleccin deElastmeros Sistema experto deSeleccin (SIESE) En discusin implantarinterface con el SIESE.Mtodo para estimarEficiencia deseparacin de fondode pozo

Es requerido como dato(en proceso desarrollo demodelo basado en datosde laboratorio)

Es requerido como dato. (Nose esta desarrollando ningnestudio al respecto)

InterfaseBasada en MS-DOS.Versin Beta basada enMS Windows.

Basada en MS Windows,ampliamente probada

Modelo del yacimiento

Curva IPR Vogel parapozos verticales y

Bendaklia y Azis paraHorizontales

Curva IPR Vogel y Fetkovichpara pozos verticales yBendaklia y Azis paraHorizontales.

Diseo de sistemasElectro-BCP

No poseePosee modulo de diseoactualizado.

LIQUIDO Y

GAS CON BAJA

PRESION

Lneade Gas

GAS CON

ALTAPRESION

AGUACRUDOEnte deFiscalizacin

LIQUIDOGAS CON

BAJA

PRESION

GAS CON

ALTAPRESION

Estacin deFlujo

Plantade

Compresin

Mltipl

e

LLXXX

Pozo

parte iii diseño

Documents