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Método de levantamiento artificial por bombeo electrosumergible (BES) (página 2)




Enviado por Edisalic Vargas



Partes: 1, 2, 3

El sistema de Bombeo
Electrosumergible (BES) es un método de
levantamiento artificial altamente eficiente para la producción de crudos livianos y medianos;
sin embargo, es uno de los métodos de
extracción de crudo que exige mayor requerimiento de
supervisión, análisis y control, a fin de
garantizar el adecuado comportamiento
del sistema.

El bombeo electrocentrífugo sumergido ha probado ser un
sistema artificial de producción eficiente y
económico. En la actualidad ha cobrado mayor importancia
debido a la variedad de casos industriales en los que es
ampliamente aceptado.

En la industria
petrolera, comparativamente con otros sistemas
artificiales de producción tiene ventajas y desventajas,
debido a que por diversas razones no siempre puede resultar el
mejor.

El método de levantamiento artificial por Bombeo 
Electrosumergible (BES) tiene como principio fundamental levantar
el fluido del reservatorio hasta la superficie, mediante la
rotación centrífuga de la bomba electrosumergible.
La potencia
requerida por dicha bomba es suministrada por un motor
eléctrico que se encuentra ubicado en el fondo del pozo;
la corriente eléctrica, necesaria para el funcionamiento
de dicho motor, es suministrada desde la superficie, y conducida
a través del cable de potencia hasta el motor.

El Sistema BES representa uno de los métodos de
levantamiento artificial más automatizables y fácil
de mejorar, y esta constituido por equipos complejos y de alto
costo, por lo que
se requiere, para el buen funcionamiento de los mismos, de la
aplicación de herramientas
efectivas para su supervisión, análisis y
control.

Su ventaja principal es que realmente no tiene casi
instalaciones de superficie a excepción de un control
de velocidad del
motor. La motorización es eléctrica exclusivamente
y el motor se encuentra en la bomba misma al fondo del pozo.

Estas se energizan con un cable eléctrico blindado que
va paralelo al tubing y que conecta las tomas de potencia en la
superficie con la bomba.El motor mismo es la bomba. Su tecnología
es la más complicada y cara pero son preferidas en caso de
tener que elevar grandes caudales. La desventaja es que son
difíciles de instalar y su energización no siempre
es altamente confiable.

En cuanto al costo de instalación, es el más
alto, pero el mantenimiento
de superficie es mínimo y limitado a los componentes
electrónicos de los variadores de velocidad y protecciones
eléctricas.

Actualmente el Sistema BES presenta un significativo
índice de  interrupciones, que pueden variar de 1
falla hasta 7 , que pueden durar en tiempo de 2
días a 1 año, producto de
fallas debidas a diversas causas,  como diseño
inadecuado, falla de materiales ,
fallas en los procesos de
fabricación, ensamblaje o instalación
defectuoso,  imprevisiones en las instalaciones en las
condiciones de servicio,
mantenimiento deficiente, malas practicas de
operación,  con la consecuente disminución de
la confiabilidad de los equipos. Adicional a esto, la falta en
cada uno de los componentes del sistema BES, evita la posibilidad
de interrumpir oportunamente su proceso de
gestación. En muchos casos, las faltas del
sistema son tratadas superficialmente y no se resuelven
efectivamente, ya que las actividades de identificación y
control de las causas raíces de dichas fallas no son
analizadas, o son realizadas en forma inapropiada. De igual
forma, la ausencia de una normativa completa y detallada de los
procedimientos
adecuados para el manejo, instalación, operación,
recuperación y desmantelamiento  del sistema,
dificulta aun más estos procesos.

Mediante el desarrollo de
la siguiente investigación se pretende mejorar las
fallas que se producen en el Sistema BES, utilizando las estrategias,
técnicas y métodos que permiten
identificar las secuencias de los eventos generados
por las causas reales de dichas fallas, para aplicar acciones
correctivas que disminuyan su recurrencia y, así,
incrementar la eficiencia,
confiabilidad y rentabilidad
de los equipos que lo conforman.Existen diversas
características que permitieron visualizar con mayor
facilidad las mejoras que muy probablemente harán efectiva
las propuestas que a continuación mencionaremos:

n  Mediante un proceso de sucesivas acciones de integración y desintegración 
de eventos, aplicándose razonamientos cuantitativos y
lógicos.

n  Determinar las causas reales del funcionamiento no
aceptable del equipo, instalación o sistema
garantizándose así, su continuidad operacional al
anticipar posibles interrupciones.

n  Utilización de la estadística como soporte básico para
la cuantificación de los parámetros, los cuales son
cantidades sujetas o condicionadas a determinados valores que
pueden describir las características o el comportamiento
de una población.

n  Corregir indirectamente las prácticas que la
originan, obteniendo un incremento en el tiempo de vida
útil del equipo.El sistema de Bombeo Electrosumergible
(BES) ha demostrado ser una alternativa altamente eficiente para
la producción de crudos livianos y medianos en el
ámbito mundial, gracias a las ventajas que proporciona en
comparación con cualquier otro método de
levantamiento artificial. Este sistema posee la capacidad de
manejar grandes volúmenes de crudo, desde 150 hasta
100.000 barriles por día (BPD), desde profundidades hasta
de 4572 metros. Además de esto, el sistema BES permite
controlar y programar la producción dentro de los límites
del pozo, a través del empleo del
variador de frecuencia. Otro de los beneficios que proporciona
este método, es la indicación continua de las
condiciones de presión y
temperatura en
el pozo, gracias a las señales
transmitidas por el censor de presión y temperatura
ubicado en el fondo pozo.

La presencia de fallas que afectan el cumplimiento de las
funciones de
los equipos que conforman el sistema BES, conlleva a la
paralización de la producción de petróleo, perjudicando el cumplimiento de
los compromisos adquiridos por la empresa
(PDVSA), e incrementando los costos operativos
y de mantenimiento del sistema. Tomando en consideración
lo anteriormente expuesto la realización de mejoras al
sistema de bombeo electrosumergible (BES), se pretende mejorar la
confiabilidad, eficiencia y rentabilidad del sistema, y se
lograría maximizar la vida de cada uno de los equipos,
garantizando de esta forma, una mayor continuidad del proceso
productivo de la empresa
PDVSA.

Debido a que las fallas son el resultado de un proceso de
gestación, la determinación de la secuencia de
eventos que las preceden es de gran importancia, dado que,
además de permitir la identificación de las causas
raíces que la originan, proporciona un diagrama
secuencial que permite prever acciones con la finalidad de
controlarlas o eliminarlas al manifestarse los primeros
síntomas.

Después que las causas raíces han sido
determinadas, es importante establecer planes de acciones
correctivas, los cuales deben ser implementados para disminuir la
incidencia de las fallas. A su vez, la realización de
procedimientos técnicos para el manejo,
instalación, operación, recuperación y
desmantelamiento de cada uno de los equipos del Sistema BES
brindara una normativa de dichas operaciones, y
evitara que durante el desarrollo de las mismas se incurran en
acciones que conduzcan a fallas del sistema.

SISTEMA DE BOMBEO
ELECTROSUMERGIBLE

El método de levantamiento artificial por Bombeo
Electrosumergible (BES) tiene como principio fundamental impulsar
el fluido del reservorio hacia la superficie, mediante la
rotación centrífuga de la bomba.  Este
método puede utilizarse para producir fluidos de alta
viscosidad,
crudos con gas y pozos con
alta temperatura.

Una unidad típica convencional del Sistema de Bombeo
Electrosumergible se compone básicamente de equipos de
subsuelo, equipos de superficie, cables y componentes
superficiales. La figura No 1 muestra un
diagrama esquemático de los equipos de superficie y
subsuelo.El conjunto de equipos de subsuelo se encuentra
constituido por la bomba centrifuga, la sección de entrada
estándar o el separador de gas,  la sección de
sello o protector, el motor eléctrico. Entre los cables
tenemos: el cable conductor eléctrico, el cable de
conexión al motor y el sensor de fondo.

Los equipos de superficie están conformados por el
cabezal de descarga, el variador de frecuencia o el controlador
de arranque directo, la caja de unión o venteo y por el
conjunto de transformadores.

Entre los componentes de accesorios se pueden listar la
válvula de drenaje, la válvula de venteo, los
soportes en el cabezal, los centralizadores y las bandas de
cable.

Figura 1.- Diagrama esquemático de
los equipos de superficie y subsuelo.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO
ELECTROSUMERGIBLE

Una unidad típica de bombeo electrocentrífugo
sumergido está constituida en el fondo del pozo por los
componentes: motor eléctrico, protector, sección de
entrada, bomba electrocentrífuga y cable conductor. Las
partes superficiales son: cabezal, cable superficial. Tablero de
control, transformador.

 

Figura 2.1.-  Esquema del equipo del
Sistema Bombeo ESM

Figura 2.2 – Distribución de los componentes del aparejo
en la forma tradicional como quedan colocados en el pozo.

Se incluyen todos los accesorios necesarios para asegurar una
buena operación, como son: separador de gas, flejes para
cable, extensión de la mufa, válvula de drene.
Válvula de contrapresión, centradores, sensor de
presión y temperatura de fondo, dispositivos
electrónicos para control del motor, caja de unión,
y controlador de velocidad variable.La integración de los
componentes es indispensable, ya que cada uno ejecuta una
función
esencial en el sistema para obtener las condiciones de
operación deseadas que permitan impulsar a la superficie
el gasto requerido.

COMPONENTES SUBSUPERFICIALES (EQUIPO DE
SUBSUELO)

Motor eléctrico El motor eléctrico
colocado en la parte inferior de aparejo, recibe la
energía desde una fuente superficial, a través de
un cable; su diseño compacto es especial, ya que permite
introducirlo en la tubería de revestimiento existente en
el pozo y satisfacer requerimientos de potencial grandes,
también soporta una alta torsión
momentánea durante el arranque hasta que alcanza la
velocidad de operación, que es aproximadamente constante
para una misma frecuencia, por ejemplo: 3500 revoluciones por
minuto (rpm) a 60 ciclos por segundo (Hz). Normalmente, consiste
de una carcasa de acero al bajo
carbón, con láminas de acero y bronce fijas en su
interior alineadas con las secciones del rotor y del cojinete
respectivamente. En la figura 3 se muestra el corte transversal
de un motor, como los utilizados en aplicaciones de bombeo
eléctrico. Son bipolares, trífasicos, del tipo
jaula de ardilla y de inducción: los rotores construidos con
longitudes de 12 a 18 pg están montados sobre la flecha y
los estatores sobre la carcasa: el cojinete de empuje soporta la
carga de los rotores. El interior del motor se llena con aceite mineral
caracterizado por su alta refinación, resistencia
dieléctrica, buena conductividad térmica y
capacidad para lubricar a los cojinetes. Dicho aceite, permite
que el calor generado
en el motor, sea transferido a la carcasa y de ésta a los
fluidos de pozo que pasan por la parte externa de la misma;
razón por la que el aparejo no debe quedar abajo del
intervalo disparado.

         

Figura 3.- Corte transversal de un motor,
como los utilizados en aplicaciones de bombeo
eléctrico.

Pruebas de laboratorio
indican que la velocidad del fluido que circula por el exterior
del motor, debe ser de 1 pie/seg para lograr un enfriamiento
adecuado.Los requerimientos de amperaje pueden variar desde 12
hasta 130 amperes (amps) y se logra mayor potencia, aumentando la
longitud de la sección del motor: cuando éste es
sencillo, puede tener aproximadamente 30 pies de largo y Figura 3
desarrollar de 200 a 250 caballos de fuerza (hp),
mientras que otros integrados en tandem alcanzan hasta 100 pies
de largo y desarrollan 1000 (hp).La profundidad de
colocación del aparejo es un factor determinante en la
selección del voltaje del motor debido a
las pérdidas de voltaje en el cable. Cuando la
pérdida de voltaje es demasiado grande, se requiere un
motor de más alto voltaje y menor amperaje. En pozos muy
profundos, la economía es un factor importante: con un
motor de más alto voltaje es posible usar un cable
más pequeño y más barato. Sin embargo, puede
requerirse un tablero de control de más alto voltaje y
más caro.

Separador de gas: El separador de gas (Figura 4)
es un componente opcional del aparejo construido integralmente
con la bomba, normalmente se coloca entre ésta y el
protector. Sirve como succión o entrada de fluidos a la
bomba y desvía el gas libre de la succión hacia el
espacio anular. El uso del separador de gas permite una
operación de bombeo más eficiente en pozos
gasificados, ya que reduce los efectos de disminución de
capacidad de carga en las curvas de comportamiento, evita la
cavitación a altos gastos, y evita
las fluctuaciones cíclicas de carga en el motor producidas
por la severa interferencia de gas.Existen dos tipos de
separadores: Convencional, y Centrífugo., donde su
operación consiste en invertir el sentido del flujo del
líquido, lo que permite que el gas libre continúe
su trayectoria ascendente hacia el espacio anular. Su
aplicación es recomendable en pozos donde a la profundidad
de colocación del aparejo, las cantidades de gas libre no
son muy grandes. El separador centrífugo, que trabaja en
la siguiente forma: en sus orificios de entrada, recibe la mezcla
de líquido y gas libre que pasa a través de una
etapa de succión neta positiva, la cual imprime fuerza
centrífuga a los fluidos; por diferencia de densidades el
líquido va hacia las paredes internas del separador y el
gas permanece en el centro. Una aletas guías convierten la
dirección tangencial del flujo, en
dirección axial; entonces el líquido y gas se
mueven hacia arriba, pasan a través de un difusor que
conduce a los líquidos a la succión de la bomba y
desvía al gas hacia los orificios de ventilación,
donde el gas libre va al espacio anular por fuera de la turbina
de producción.Es necesario mencionar que la total
eliminación del gas libre, no es necesariamente la mejor
forma de bombear el pozo. Por una parte, el volumen de
fluidos que entra a la bomba es menor, pero la presión que
la bomba debe entregar en la descarga se incrementa, debido a la
menor relación gas-aceite de la columna hidráulica
en la tubería de producción. Entre los efectos que
causa la presencia de gas libre en el interior de la bomba
están: el comportamiento de la bomba se aparta del
señalado en sus curvas características,
reducción de su eficiencia, fluctuación de carga en
el motor, posible efecto de cavitación y otros
consecuentes.

Figura 4.- Muestra de un Separador de Gas

Protector Este componente también llamado
Sección sellante ver Figura 5, se localiza entre el motor
y la bomba: está diseñado principalmente para
igualar la presión del fluido del motor y la
presión externa del fluido del pozo a la profundidad de
colocación del aparejo. Las funciones básicas de
este equipo son:

·       Permitir la
igualación de presión entre el motor y el
anular.

·       Absorber la carga
axial desarrollada por la bomba a través del cojinete de
empuje, impidiendo que estas se reflejen en el motor
eléctrico.

·       Prevenir la
entrada de fluido del pozo hacia el motor.

·       Proveer al motor
de un depósito de aceite para compensar la
expansión y contracción del fluido lubricante,
durante los arranques y paradas del equipo eléctrico.

·       Transmitir el
torque desarrollado por el motor hacia la bomba, a través
del acoplamiento de los ejes.

Figura 5.- Protector o Sección Sellante.

Existen dos tipos de protectores: el convencional y el de tres
cámaras aislantes. El diseño mecánico y
principio de operación de los protectores difiere de un
fabricante a otro.La diferencia principal está en la forma
como el aceite lubricante del motor es aislado del fluido del
pozo. El protector convencional, protege contra la entrada de
fluido alrededor de la flecha. El contacto directo entre el
fluido del pozo y del motor ha sido considerado el único
medio de igualar presiones en el sistema de sellado. Se ha
determinado que el mejoramiento real del funcionamiento del motor
sumergible puede lograrse si el aceite del motor se aísla
completamente de los fluidos del pozo evitando cualquier contaminación. Este enfoque llevó al
desarrollo de la sección sellante tipo "D" en el cual se
aísla el aceite del motor del fluido del pozo por medio de
un líquido inerte bloqueante.El protector de tres
cámaras, constituye realmente tres sistemas de sellos en
uno. Cada cámara consiste de un sello mecánico y de
un recipiente de expansión-contracción. Aunque dos
de los tres sellos mecánicos fallen por alguna
razón, el motor sumergible queda protegido.Este tipo de
sección sellante proporciona la mejor protección
disponible contra el ácido sulfhidrico u otros fluidos
contaminantes del pozo. Las características y beneficios
de este tipo de protector son:

  • Tres sellos mecánicos ampliamente espaciados.Una
    distribución amplia de los sellos que permite una mejor
    disipación de calor.Cada sello mecánico protege
    su propio recipiente, creando tres secciones sellantes en una
    unidad.Un tubo permite que haya flujo de aceite lubricante
    entre los tres recipientes.La barrera elástica en la
    cámara superior permite la
    contracción-expansión del aceite del motor cuando
    la temperatura cambia desde la superficie hasta el fondo y a la
    de operación.La barrera elástica es resistente al
    ataque químico y la penetración del gas, por lo
    que el aceite del motor se protege efectivamente contra
    contaminantes.
  • Cada recipiente es lo suficientemente grande para absorber
    la expansión-contracción volumétrica de
    los motores
    más grandes existentes en el mercado.

Bomba Centrífuga Sumergible Su
función básica es imprimir a los fluidos del pozo,
el incremento de presión necesario para hacer llegar a la
superficie, el gasto requerido con presión suficiente en
la cabeza del pozo.Las bombas
centrífugas son de múltiples etapas (Figura 6), y
cada etapa consiste de un impulsor giratorio y un difusor
estacionario. El impulsor da al fluido ENERGIA CINETICA.
El Difusor cambia esta energía cinética en ENERGIA
POTENCIAL (Altura de elevación o cabeza)El tamaño
de etapa que se use determina el volumen de fluido que va a
producirse, la carga o presión que la bomba genera
depende, del número de etapas y de este número
depende la potencia requerida. En una bomba de impulsores
flotantes, éstos se mueven axialmente a lo largo de la
flecha y pueden descansar en empuje ascendente o descendente en
cojinetes, cuando están en operación. Estos empujes
a su vez, los absorbe un cojinete en la sección
sellante.Las etapas a su vez pueden clasificarse, dependiendo de
la geometría
del pasaje de fluido, en dos tipos:*Flujo Mixto*Flujo RadialOtra
clasificación de los diferentes tipos de bombas se realiza
según la SERIE de las mismas.

A la vez, la serie esta directamente relacionada con el
diámetro de la bomba, por ejemplo "A"; "D"; "G"; "H";
Etc.En la bomba de impulsores fijos, estos no pueden moverse y el
empuje desarrollado por los impulsores los amortigua un cojinete
en la sección sellante. Los empujes desarrollados por los
impulsores dependen de su diseño hidráulico y
mecánico, además del gasto de operación de
la bomba.         
 

Figura 6.- Bombas Centrífugas Sumergibles.

Una bomba operando un gasto superior al de su diseño
produce empuje ascendente excesivo y por el contrario operando a
un gasto inferior produce empuje descendente. A fin de evitar
dichos empujes la bomba debe de operar dentro de un rango de
capacidad recomendado, el cual se indica en las curvas de
comportamiento de las bombas y que generalmente es de 75 % al 95%
del gasto de mayor eficiencia de la bomba.Un impulsor operando a
una velocidad dada, genera la misma cantidad de carga
independientemente de la densidad relativa
del fluido que se bombea, ya que la carga se expresa en
términos de altura de columna hidráulica de fluido.
De esta característica se desprende el siguiente concepto:

La presión desarrollada por una bomba centrífuga
sumergible, depende de la velocidad periférica del
impulsor y es independiente del peso del líquido bombeado.
La presión desarrollada convertida a longitud de columna
hidráulica que levanta la bomba, es la misma cuando la
bomba maneje agua de
densidad relativa 1.0, aceite de densidad relativa 0.85, salmuera
de densidad relativa 1.35, o cualquier otro fluido de diferente
densidad relativa. En estos casos la lectura de
la presión en la descarga de la bomba es diferente,
únicamente permanecen fijos el diámetro y la
velocidad del impulsor.

Una interpretación diferente del concepto
anterior, es que cada etapa de la bomba imprime a los fluidos un
incremento de presión exactamente igual. En esta forma, si
la primera etapa eleva la presión en 0.5 (Kg/cm2) y la
bomba tiene 20 etapas, el incremento total de presión que
se obtiene es de 10 (Kg/cm2).

Características de la bomba: Para
establecer las posibilidades de aplicación de una bomba ya
construida, por lo que se refiere al gasto que puede manejar, ver
tabla 1, es necesario determinar mediante pruebas
prácticas, sus curvas características o de
comportamiento; las cuales indican para diversos gastos, los valores de
eficiencia y longitud de columna hidráulica que es capaz
de desarrollar la bomba; así como, la potencia al freno en
cada caso.Las pruebas prácticas de la bomba se realizan
utilizando agua dulce de densidad relativa 1.0 y viscosidad 1-0
cp haciéndola trabajar a velocidad constante y
estrangulando la descarga. Durante la prueba se miden en varios
puntos: el gasto, el incremento de presión a través
de la bomba y la potencia al freno. El incremento de
presión se convierte a carga de columna hidráulica
y se calcula la eficiencia total de la bomba.Con base en esos
datos se
dibujan las curvas de carga, potencia al freno y eficiencia en
función del gasto manejado. La construcción de gráficas con curvas características
para una bomba se realiza de la siguiente manera:

1. El gasto se mide por medio de recipientes aforados u
orificios calibrados2. La altura total de elevación o
carga hidráulica, se determina fijando la altura de
succión por medio de un vacuómetro y la altura de
descarga por medio de un manómetro.3. La potencia se
determina por medio de un dinamómetro o por la potencia que alcance
el motor eléctrico de acondicionamiento, tomando en
consideración su rendimiento.4. El número de
revoluciones por minuto se obtiene por medio de un
tacómetro o por medio de un contador de revoluciones.5. La
eficiencia se obtiene al despejarla de la fórmula de la
potencia.Siguiendo las consideraciones anteriores y mediante
pruebas sucesivas, se van construyendo las curvas
características de la bomba.

Cada curva representa el comportamiento de la bomba a una
velocidad particular para alturas de elevación variables, lo
que en la práctica se consigue generalmente de la
siguiente manera: se cierra la válvula de descarga y se
hace funcionar la bomba a su número normal de revoluciones
por minuto, por ejemplo a 3500 rpm, en este caso el gasto es cero
y en la bomba se establece una presión que alcanza
aproximadamente unos 5300 pies, para lo cual, se requiere una
potencia de 40 Hp, todo lo anterior para 100 etapas. Se abre
progresivamente la válvula de descarga y empieza el flujo:
la curva de capacidad de carga, baja progresivamente, las curvas
de potencia y eficiencia van aumentando a medida que aumenta el
gasto.Continuando con la apertura de la válvula, se
disminuye el valor de la
carga y aumentan los valores del gasto, la eficiencia y la
potencia. El valor máximo de eficiencia corresponde a los
valores de gasto y carga para los cuales se construyó la
bomba.

Sin embargo, las bombas en realidad se utilizan para bombear
líquidos de diferentes densidades y viscosidades, operando
a otras velocidades también constantes. En estos casos es
necesario tomar en cuenta el efecto de algunos parámetros
a fin de predecir el comportamiento de la bomba bajo condiciones
reales de operación:

Efecto del cambio de
velocidad:
El gasto varia en proporción directa a los
cambios de velocidad de la bomba. La carga producida es
proporcional al cuadrado de la velocidad y la potencia es
proporcional al cubo de la velocidad. La eficiencia de la bomba
permanece constante con los cambios de velocidad.

Efecto de la densidad relativa: La carga producida por
un impulsor no depende de la densidad relativa. Entonces la curva
de capacidad de carga no depende de la densidad relativa, la
potencia varia directamente con la densidad relativa y la
eficiencia de la bomba permanece constante independientemente de
la densidad del líquido.

Efectos de cambio del diámetro de impulsor: La
capacidad de carga varía directamente con el
diámetro de los impulsores y la potencia varia
directamente con el cubo del diámetro. La eficiencia de la
bomba no cambia. Las gráficas de curvas de comportamiento
para cada bomba, las publica el fabricante además de las
curvas de eficiencia carga y potencia vs gasto, incluye información respecto al diámetro de
tubería de revestimiento en que puede introducirse la
bomba, tipo y número de serie de la misma, ciclaje de la
corriente para alimentar al motor, velocidad de la flecha del
motor y el número de etapas considerado en la
elaboración.

En cuanto a la forma de utilizar las gráficas de curvas
características, se tiene que de acuerdo al ciclaje (Hz)
de la corriente disponible, se selecciona un grupo de
gráficas, verificando que su número de serie o
diámetro externo, sea tal que puedan introducirse en la
tubería de revestimiento existente en el pozo; de este
grupo se selecciona una que maneje con mayor eficiencia el gasto
deseado las condiciones de profundidad de colocación de la
bomba. Una vez seleccionada la gráfica, a partir de dicho
gasto, se traza una línea vertical, hasta intersectar con
las curvas de potencia, eficiencia y capacidad de carga, de tal
forma que se hagan las lecturas en las escalas
correspondientes.

Fenómeno de Cavitación: Si la
presión absoluta del líquido en cualquier parte
dentro de la bomba cae debajo de la presión de
saturación correspondiente a la temperatura de
operación, entonces se forman pequeñas burbujas de
vapor. Estas burbujas son arrastradas por el líquido
fluyendo, hacia regiones de más altas presiones donde se
condensan o colapsan. La condensación de las burbujas
produce un tremendo incremento en la presión lo que
resulta similar a un golpe de martillo o choque. Este
fenómeno se conoce como Cavitación. Dependiendo de
la magnitud de la cavitación, ésta puede resultar
en una destrucción mecánica debida a la erosión,
corrosión y a la intensa vibración.
La cavitación también tiene un efecto significativo
en el comportamiento de la bomba. Su capacidad y eficiencia se
reducen.

Cables La unión eléctrica entre los
equipos descritos, instalados en el subsuelo, y los equipos de
control en superficie son los cables.Existen varios tipos de
cables en una instalación de bombeo
electrosumergible:Extensión de Cable Plano.Cable de
Potencia.Conectores de Superficie.La extensión de cable
plano, es una cola de cable de características especiales
que en uno de sus extremos posee un conector especial para
acoplarlo al motor.En el otro extremo este se empalma al cable de
potencia.La diferencia entre ambos es que este posee las mismas
propiedades mecánicas y eléctricas que los cables
de potencia pero son de un tamaño inferior.

Cable Conductor Eléctrico (POTHEAD) La
energía
eléctrica necesaria para impulsar el motor, se lleva
desde la superficie por medio de un cable conductor, el cual debe
elegirse de manera que satisfaga los requisitos de voltaje y
amperaje para el motor en el fondo del pozo, y que reúna
las propiedades de aislamiento que impone el tipo de fluidos
producidos.

Existe en el mercado un rango de tamaños de cable, de
configuración plana y redonda, ver Figura 7, con
conductores de cobre o
aluminio, de
tamaños 2 al 6. El tamaño queda determinado por el
amperaje y voltaje del motor así como por el espacio
disponible entre las tuberías de producción y
revestimiento.Existen muchos tipos diferentes de cable, y la
selección de uno de ellos depende de las condiciones a las
que estará sometido en el subsuelo.Considerando la
longitud de un conductor para la aplicación de un voltaje
dado, los volts por pie disminuyen conforme el alambre es
más largo, como consecuencia la velocidad del
electrón disminuye lo que resulta en una reducción
de corriente, en otras palabras, "la resistencia es directamente
proporcional a la longitud del conductor".

Figura 7.- Cable conductor eléctrico.

Cuando la sección transversal o diámetro de un
alambre es mayor, tiene un efecto contrario sobre la resistencia
ya que el número de electrones libres por unidad de
longitud se incrementa con el área. Bajo esta
condición la corriente se incrementará para una
fuerza electromotriz (fem) dada ya que se mueven más
electrones por unidad de tiempo, en otras palabras "La
resistencia es inversamente proporcional al área de la
sección transversal del conductor".

Cuando se usan cables en sistemas de alto voltaje, cada uno de
los conductores está rodeado por un considerable espesor
de material aislante y algunas veces con una cubierta de
plomo.Aunque la corriente normal fluye a lo largo del conductor,
existe una pequeña corriente que pasa a través del
aislamiento (fuga de corriente) de un conductor a otro. Esta fuga
se considera despreciable.El aislamiento de los cables debe
resistir las temperaturas y presiones de operación en el
pozo.

Sin embargo, para los cables utilizados también existen
limitaciones debidas a materiales utilizados en su
construcción. Los cables estándar tienen en
promedio 10 años de vida a una temperatura máxima
de 167º F y se reduce a la mitad por cada 15º F de
exceso por arriba del máximo. El medio ambiente
bajo el que opera el cable también afecta directamente su
vida. Sin embargo hay cables que resisten temperaturas del orden
de 350º F.

La instalación del cable se realiza fijándolo en
la parte externa de la tubería de producción con
flejes, colocando de 3 a 4 por cada lingada; en la sección
correspondiente a los componentes del aparejo, es recomendable
colocar flejes cada metro, debido a que esta sección es de
mayor diámetro y puede dañarse durante las
operaciones de introducción al pozo, por lo que
comúnmente se instalan protecciones adicionales llamadas
guarda cable. A lo largo de esta sección la
configuración del cable es plana y se le llama
extensión de la mufa, la cual constituye el contacto con
el motor.

La unión de la extensión de la mufa y el cable
conductor se denomina empate; su elaboración se realiza
cuidadosamente en la localización del pozo ya que
constituye una de las partes débiles de la
instalación. Un empate también puede ser necesario
en cualquier punto a lo largo del cable, donde se detecte una
falla del mismo o donde la longitud del cable sea insuficiente
para llegar a la superficie.

Sensor de Fondo

El sensor de presión es un equipo que se coloca
acoplado en la parte final del motor. Está constituido por
circuitos que
permitan enviar señales a superficie registradas mediante
un instrumento instalado en controlador, convirtiendo estas, en
señales de presión a la profundidad de
operación de la bomba.

Cuando se utiliza un variador de frecuencia, la
información del sensor puede ser alimentada a un
controlador, para mantener una presión de fondo
determinada, mediante el cambio de la velocidad de la bomba.

Este sistema está compuesto por una unidad de lectura de
superficie, un dispositivo sensor de presión y/o un
instrumento sensor de temperatura colocado en la tubería
de producción.  El sensor de fondo está
conectado a la unidad de lectura de superficie, a través
de los bobinados del motor y el cable de potencia.

El sensor puede registrar la presión de la parte
interna de la tubería de producción, o la
presión de entrada a la bomba, llamada presión
fluyente en el punto de ubicación de la bomba.  El
sensor de presión es activado por el nivel del fluido y/o
la presión de gas en el pozo.  Se calibra
automáticamente cuando se dan cambios de temperatura, a
intervalos especificos. Durante este tiempo las lecturas de
presión y temperatura permanecen inalterables en
pantallas, permitiendo la realización de registros
manuales.

Un equipo de superficie se utiliza para manejar la
información proveniente del fondo del pozo, en tiempo
real. Esta información puede ser solamente mostrada, o
enviada a otro sistema de monitoreo, para poder ser
extraída y procesada posteriormente.

Además, dependiendo de la aplicación, existe un
sensor de fondo de acuerdo a la temperatura de trabajo;
funciona en presiones de hasta 5000 psi.

COMPONENTES SUPERFICIALES

Bola Colgadora Este dispositivo se coloca en un
nido sobre el árbol de válvulas.
Su función es sostener la tubería de
producción, permitir su paso y el de los tres conductores
del cable, proporcionando el sello necesario en el espacio anular
entre tubería de producción y de revestimiento para
evitar fuga de fluidos a la superficie. Está construida de
acero, cubierta de neopreno. En el caso de instalaciones marinas
el paso de los conductores del cable, lo tiene integrado y su
contacto es como el de la mufa.Caja de viento Se
instala por razones de seguridad entre
el cabezal del pozo y el tablero de control, debido a que el gas
puede viajar a lo largo del cable superficial y alcanzar la
instalación eléctrica en el tablero. En la caja de
viento o de unión, los conductores del cable quedan
expuestos a la atmósfera evitando
esa posibilidad.

Tablero de control Es el componente desde el que
se gobierna la operación del aparejo de producción
en el fondo del pozo. Dependiendo de la calidad de
control que se desea tener, se seleccionan los dispositivos que
sean necesarios para integrarlos al tablero. Este puede ser
sumamente sencillo y contener únicamente un botón
de arranque y un fusible de protección por sobre carga; o
bien puede contener fusibles de desconexión por sobrecarga
y baja carga, mecanismos de relojería para
restablecimiento automático y operación
intermitente, protectores de represionamiento de líneas,
luces indicadores de
la causa de paro,
amperímetro, y otros dispositivos para control remoto, los
tipos de tablero existentes son electromecánicos o bien
totalmente transistorizados y compactos.

Transformador Este componente se utiliza para
elevar el voltaje de la línea al voltaje requerido en la
superficie para alimentar al motor en el fondo del pozo; algunos
están equipados con interruptores "taps"que les dan mayor
flexibilidad de operación. Se puede utilizar un solo
transformador trifásico o un conjunto de tres
transformadores monofásicos.

ACCESORIOS

Con el propósito de asegurar una mejor operación
del equipo es necesario contar con algunos accesorios.

Válvula de contra presión

Se coloca de una a tres lingadas de tubería por arriba
de la bomba. Esta válvula permite el flujo en sentido
ascendente, de manera que cuando el motor deja de trabajar,
impide el regreso de la columna de fluidos y evita el giro de la
flecha de la bomba en sentido contrario, lo cual la
dañaría.

Válvula de drenaje Al utilizar
válvula de retención debe utilizarse una
válvula de drenaje una junta por encima de está,
como factor de seguridad para cuando se requiera circular el pozo
del anular a la tubería de producción. Se coloca de
una a tres lingadas por arriba de la válvula de contra
presión. Su función es establecer comunicación entre el espacio anular y la
tubería de producción, con el propósito de
que ésta se vacíe cuando se extrae el aparejo del
pozo. Para operarla, se deja caer una barra de acero desde la
superficie por la tubería de producción; la barra
rompe un perno y deja abierto un orificio de comunicación
con el espacio anular.

Controlador de velocidad variable Este dispositivo
puede ser considerado como equipo accesorio u opcional,
únicamente bajo ciertas circunstancias que impone el mismo
pozo. Eventualmente la información disponible para
efectuar un diseño no es del todo confiable y como
consecuencia se obtiene una instalación que no opera
adecuadamente; anteriormente la alternativa sería
rediseñar e instalar un nuevo aparejo, debido a que el
sistema de bombeo eléctrico trabaja a velocidad constante
para un mismo ciclaje. En otros casos, algunos pozos son
dinámicos en cuánto a parámetros de
presión de fondo, producción, relación
gas-aceite y otros para los cuales no es recomendable la
operación de un aparejo con velocidad constante. Lo
anteriormente expuesto limita la aplicación del sistema a
pozos estables donde el número de etapas de la bomba, sus
dimensiones y velocidad podrían ser constantes.El
controlador de velocidad variable permite alterar la frecuencia
del voltaje que alimenta al motor y por lo tanto modificar su
velocidad. El rango de ajuste de la frecuencia es de 30 a 90 Hz,
lo que implica su amplio rango de velocidades y por lo tanto de
gastos que es posible manejar. Una alta frecuencia incrementa la
velocidad y el gasto; una baja frecuencia, los disminuye.

Centralizadores

Como su nombre lo indica, se utilizan para centrar el motor,
la bomba y el cable durante la instalación. Se utilizan en
pozos ligeramente desviados, para mantener el motor centrado y
así permitir un enfriamiento adecuado. También
evitan que el cable se dañe por roce con el revestidor, a
medida que es bajado en el pozo. Al utilizar centralizadores se
debe tener cuidado de que estos no giren o muevan hacia arriba o
hacia abajo la tubería de producción.

Bandas de Cable

También se denominan flejes, se utilizan para fijar el
cable de potencia a la tubería de producción
durante la instalación, y el cable de extensión del
motor al equipo. Las bandas se fabrican de tres materiales
distintos:

·       Bandas de acero
negro, se utilizan en pozos donde no exista corrosión.

·       Bandas de acero
inoxidable, se usan en pozos moderadamente corrosivos.

·       Bandas de monel,
se usan en ambientes corrosivos.Otros accesorios pueden ser los
sensores de
presión y de temperatura de fondo, cajas protectores para
transporte del
equipo, etc. La integración de todos los componentes
descritos es indispensable, ya que cada uno ejecuta una
función esencial en el sistema, para obtener en la
superficie el gasto de líquido deseado, manteniendo la
presión necesaria en la boca del pozo.

VENTAJAS DEL BOMBEO
ELECTROSUMERGIBLE

Partes: 1, 2, 3
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