BES PETROLEOS

8/3/2019 BES PETROLEOS

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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA

DE CHIMBORAZO

TEMA: BOMBEO ELECTROSUMERGIBLEINTEGRANTES:

RENE CRUZHECTOR SANGO

ESCUELA DE INGENIERIAINDUSTRIAL

TECNOLOGÍA DEL PETRÓLEO

ING. MARCO HARO



EQUIPO DE SUPERFICIE

Cabezal del Pozo

El cabezal cierra mecánicamente el pozo en lasuperficie, soporta el peso del equipoelectrosumergible instalado, además mantiene uncontrol sobre el espacio entre el casing y la tubería deproducción del pozo.



Caja de Venteo

Provee un punto de conexión entre el bobinado secundario del transformadorelevador multi-taps y el cable eléctrico de potencia proveniente del fondo del

pozo. Ventea a la atmósfera cualquier gas que se encuentre en la armadura de

protección del cable eléctrico de potencia que proviene del pozo. Facilita puntos de prueba accesibles para realizar mediciones eléctricas del

equipo de fondo.



Controlador del MotorElectrosumergible (VSD)

El controlador del motor electrosumergible VSD

(Variable Speed Driver), que se instala en lasuperficie del pozo entre los transformadoresreductor y elevador multi-taps, éste controla lavelocidad de rotación del eje en el motorelectrosumergible que se encuentra axialmenteacoplado al eje de la bomba centrifuga multi-etapaubicada en el fondo del pozo.

La operación básica del VDF es convertir la entrada

trifásica de corriente alterna a corriente directa DC.Luego, usando semiconductores de potencia comointerruptores de estado sólido, invierte la corrientedirecta a una salida alterna trifásica de voltaje yfrecuencia variableEl propósito principal para usar el VDF en el sistemaBES es la flexibilidad en el bombeo, pero también seobtienen otros beneficios tales como la extensión dela vida útil del equipo de fondo, arranque suave,

velocidad controlada automáticamente, supresión detransitorios de línea y eliminación deestrangulamientos superficiales.

.



Transformador

Este componente se utiliza paraelevar el voltaje de la línea al voltaje

requerido en la superficie paraalimentar al motor en el fondo delpozo; algunos están equipados coninterruptores "taps “ que les danmayor flexibilidad de operación. Sepuede utilizar un solo transformadortrifásico o un conjunto de tres

transformadores monofásicos

Los tipos de conexión mas comunespara los transformadores utilizadosen el sistema de bombeo electrosumergible son: conexión Delta (ótriangulo) y estrella; en alguna

aplicaciones se utilizan conexión tipopoligonal.



EQUIPO DE FONDO

Se identifica como equipo de fondo, loscomponentes que se encuentran en elsubsuelo del pozo acoplados a la tubería deproducción, estos componentes se

mencionan en orden ascendente empezandodesde el fondo del pozo: sensor de fondo,motor electrosumergible, sello ó protector,separador de gas, bomba centrífuga multi-

etapa y el cable eléctrico de potencia



Motor ElectrosumergibleEl motor electrosumergible provee la energía que necesita la bomba para rotary acelerar los fluidos que están siendo bombeados hacia la superficie, constabásicamente de un estator bobinado de inducción bipolar trifásico y rotor jaulade ardilla, que gira a una velocidad sincrónica. Es también considerado comoun transformador giratorio, porque induce voltajes y corrientes en el rotor.

Hay dos tipos diferentes de rotores que se pueden colocar dentro del estator:

Rotor jaula de ardilla. Los conductores están conectados en cortocircuito enambos extremos mediante anillos continuos. Estos conductores no siempre sonparalelos a la longitud axial del rotor, si no que son desviadas a cierto ángulodel eje del rotor para evitar saltos y producir un par más uniforme, así comopara reducir el zumbido magnético durante el funcionamiento del motor.

Rotor devanado. Tiene un juego completo de embobinados trifásicos que sonla imagen reflejada de los embobinados del estator. Las tres fases de losembobinados del rotor, están conectados generalmente en estrella y losextremos están conectados a los anillos de rozamiento sobre el eje del rotor,en cortocircuito por medio de escobillas montadas sobre los anillos de

rozamiento.

Los motores eléctricos utilizados para la operación de las bombas sumergiblesson trifásicos tipo de jaula de ardilla, de dos polos. Estos motores se llenan conun aceite mineral con alta rigidez dieléctrica. El voltaje de operación de estosmotores oscila entre los 230 y los 5000 volts. El amperaje puede variar entrelos 12 y los 200 Amperes.



Cable Eléctrico de Extensión (Motor LeadExtensión-MLE)

El cable de extensión, es un segmento corto de cable depotencia que en uno de sus extremos posee un conectorpara la conexión al motor electrosumergible mientras queen el otro extremo se empalma al cable eléctrico depotencia que viene de la superficie.



SelloUn sello que se instala entre el motor electrosumergible y la

bomba multi-etapa, puede ser instalado como una unidad simpleo como una unidad tandem (conexión serie de equipos del mismotipo).

Las funciones básicas del sello ó protector son:

Provee el volumen necesario para permitir la expansión del aceite

dieléctrico contenido en el motor debido al incremento de latemperatura del motor cuando se encuentra funcionando. Iguala la presión externa del fondo de pozo con el fluido

dieléctrico interno del motor. Protege al motor de la contaminación de los fluidos del pozo

mediante secciones sellantes que evitan que ingresen por el ejede acoplamiento.

Absorbe los movimientos axiales al eje producidos por las etapasde la bomba.



Bomba Electrosumergible

La bomba electrosumergible es del tipocentrífuga multi-etapa, donde su diámetro defabricación depende del espacio que se disponeen cada pozo, el caudal de descarga depende de:la carga hidrostática, la velocidad de giro del

motor electrosumergible, diseño de las etapasinternas y propiedades del fluido.



Cable Eléctrico de PotenciaLa energía eléctrica necesaria para el funcionamiento del motor electrosumergiblees transmitida desde la caja de venteo a través de un cable eléctrico de potencia,que puede ser plano ó redondo de forma simple y/o con tubo capilar para lainyección de químicos dentro del pozo.

Separador de GasEl gas que se encuentra presente en los pozosdisminuye la eficiencia de la bombaelectrosumergible y cuando la presión de fondo

es menor a la presión de burbuja del petróleo(Pb), las partículas de petróleo y gas seempiezan a separar incrementando la posibilidadde cavitación o bloqueo por gas en la bombaelectrosumergible, siendo necesaria lainstalación del separador de gas.



Sensor de Fondo

El sensor de fondo, se encuentra instalado en la base del

motor electrosumergible, se encarga de monitorear latemperatura del motor y la presión de entrada a la bombaelectrosumergible.Las señales de temperatura y de presión de fondo sonpreviamente acondicionadas por el propio sensor en elfondo del pozo y transmitidas a través el cable eléctrico depotencia hacia la superficie.El sensor de fondo, esta constituido de: un paquete sensor,paquete inductor y paquete indicador.



ACCESORIOS

La única parte exterior visible que puede ser dañadamecánicamente el proceso de la instalación, la parte masdelicada del aparejo es el cable de potencia. Por su conexión

externa, esta sujeta a enganches, golpes, dobleces y otrasacciones en el transcurso de la introducción del aparejo.

Existen accesorios que tratan de minimizar estos riesgos y que seconvierten en necesarios en ciertas operaciones.



Protectores Metálicos o de Hule

Los protectores de esta naturaleza, su función es la de proveer un

adecuado aislamiento del daño mecánico que pueda causar laintroducción del aparejo dentro del pozo, alojando el cable dentrosu cuerpo y provee un diámetro exterior más grande a fin deabsorber los impactos del bamboleo y rozamiento del aparejo.Los protectores metálicos son hechos de hierro o de acero, peropara minimizar costos no son anticorrosivos y están sujetos a laacción del ambiente que los rodea, tanto dentro del pozo como

cuando están fuera de él. Un programa adecuado demantenimiento es necesario a fin de preservar el buenfuncionamiento y la confiabilidad de los mismos.Los protectores de hule tienen la misma función que losanteriores, con la diferencia que el mantenimiento que requierenes mínimo. Una selección adecuada es importante paradeterminar el protector mas adecuado de acuerdo a las

condiciones del pozo, resistencia de material a la acciónmecánica, flexibilidad, resistencia a la corrosión, a los ácidos, etc.Ambos protectores son de forma cilíndrica con un diámetroexterior acorde con la tubería de revestimiento en la que penetray con un canal interior capaz de alojar al cable de potencia



Flejes de ¾” o de 1 ¼”

El cable de extensión del motor y el cable de potencia se mantienensujetos a la tubería de producción por unas bandas metálicas selladas

que aseguran el cable para que este no se deslice y forma curvaturasque pueden ser dañadas. La función principal además de la de sosteneral cable es la de mantener este lo mas vertical posible con respecto a latubería de producción.Dos tipos de diámetros de cable dominan el mercado, ambos son deacero, uno de ellos el mas ancho de acero inoxidable. Los diámetros deestas cintas metálicas llamadas flejes, bandas de ¾” y de 1 ¼” (superbandas).

Estas bandas o flejes se enrollan al rededor del cable, se pasan a travésde un ojal metálico, se tensionan y luego el pasador es sellado. Se cortael remanente de estas bandas.El número de flejes que se instala depende del tipo de cable de potenciaque se usa y el peso (libra / pie) del mismo, actualmente en lasinstalaciones BES se usan mayormente flejes de 1 1/4" y se instalan dosflejes por cada tubería de producción. Si el cable de potencia es muypesado y adicionalmente tiene tubo capilar se puede usar hasta tres

flejes por cada tubería de producción. En todo trabajo de instalación sedebe llevar el control del número de flejes que se instalen y anotarlos enel reporte de instalación, para verificar este número cuando se recupereel equipo BES, hay que tener en cuenta que si se quedan muchos flejesen el pozo, es recomendable limpiar el pozo antes de bajar el nuevoaparejo.



Guarda cables

Piezas metálicas en forma de U y de 8 pies de largo, son hechasde fierro galvanizado o acero inoxidable y tienen ojales o

pasadores a lo largo de su cuerpo por donde se introducirán lasbandas metálicas para sujetar estos protectores sobre el cable.Como es obvio, su función consiste en proteger específicamenteel cable de extensión del motor. Estos protectores se conectan alo largo de toda la longitud del cable de extensión del motor.Cuando la tubería de revestimiento es muy grande y el pozo esvertical, no se hace necesario esta protección, a menos que se

sospeche de tuberías de revestimiento trabajadas o demasiadoviejas que puedan tener rebabas o filos metálicos que pudierandañar el cable.En pozos BES donde hay restricciones en la geometría del pozo(muy reducido el espacio anular), es recomendable no instalarguarda cables debido a que el mismo guarda cable puede dañaral cable de extensión del motor al entrar en fricción con la tubería

de revestimiento o entrar en contacto con alguna parte de latubería de revestimiento que esté dañada o reparada. Laalternativa en este caso es usar centralizadores que proveen losmismos fabricantes (motor-sello, sello-Separador de gas, bomba-bomba) con flejes de 1 1/4". Por ejemplo en pozos con tubería derevestimiento de 7 pulgadas y pesos de 29 lb/pie, 35 lb/pie.



Línea de control

Saddles Pasadores u ojales, son pequeñas piezas metálicas de acero o fierro galvanizado en forma de U por 3pulgadas de largo. El objetivo de estos dispositivos es el de proteger el cable de la acción de lasbandas metálicas y evitar que estas bandas corten el cable por una acción de sobretensión. Por cada

fleje que se instala se usa un saddle y son reusables.

Acoplamientos Son los conectores cilíndricos con estrías que conectan las flechas de las diferentes piezas del aparejo:motor-motor, motor-sello, bomba-bomba, etc. El material es de acero inoxidable y son únicos para laconexión en que se usan. Sus dimensiones depende del diámetro de la flecha de cada componente delequipo BEC de fondo. Por ejemplo en un equipo BEC de serie 540, la flecha del motor es de 1.375pulgadas, la flecha del protector es de pulgadas y la flecha de la bomba es de 1.0 pulgadas.Durante una instalación del equipo BEC, es imprescindible tener en stock en el campo o plataforma,un juego adicional de acoplamientos debido a que se pueden dañar durante las conexiones de losequipos subsuperficiales o se pueden caer en la boca del pozo.

Elastómeros Son anillos de un material flexible especial, cuya función es sellar las junturas de las piezasinterconectables del aparejo BES: motor, sello, bombas, etc.El material que se usa ha ido evolucionando y fabricándose de una calidad superior resistentes a latastemperaturas y presiones a fin de evitar que fallen y permitan el ingresos de fluidos por las junturasdel aparejo BES. Entre algunos de los tipos de elastómeros que se han usado tenemos: Neoprene,Viton, Aflas, etc.La conexión se realiza antes de acoplar las piezas BES en un canal o canales de la base de la piezasuperior a conectarse, se unta de aceite dieléctrico o de down corning 111 para facilitar su

desplazamiento y se acoplan las piezas.Durante una instalación del equipo BES es muy importante que se tenga en stock en el campo oplataforma un set adicional de elastómeros y un buen cuidado de los mismos. Evitar que loselastómeros nuevos estén expuestos a la intemperie o en contacto con el diesel, debido a que sedeforman y al instalarlos en esa manera ya no cumplen con la función específica de sello en lainterconexión de los equipos BES de fondo. Es recomendable nunca reusar los elastómeros.



Elastómeros

Son anillos de un material flexible especial, cuya función es sellarlas junturas de las piezas interconectables del aparejo BES:

motor, sello, bombas, etc.El material que se usa ha ido evolucionando y fabricándose deuna calidad superior resistentes a latas temperaturas y presionesa fin de evitar que fallen y permitan el ingresos de fluidos por las

junturas del aparejo BES. Entre algunos de los tipos deelastómeros que se han usado tenemos: Neoprene, Viton, Aflas,etc.

La conexión se realiza antes de acoplar las piezas BES en uncanal o canales de la base de la pieza superior a conectarse, seunta de aceite dieléctrico o de down corning 111 para facilitar sudesplazamiento y se acoplan las piezas.Durante una instalación del equipo BES es muy importante que setenga en stock en el campo o plataforma un set adicional deelastómeros y un buen cuidado de los mismos. Evitar que los

elastómeros nuevos estén expuestos a la intemperie o encontacto con el diesel, debido a que se deforman y al instalarlosen esa manera ya no cumplen con la función específica de selloen la interconexión de los equipos BES de fondo. Esrecomendable nunca reusar los elastómeros.



Válvula de Retención

La válvula de retención (Check valve) es instlada 2 ó 3 tubosencima de la bomba. La función principal de esta válvula es

mantener la columna llena de fluido encima de la bomba. Lasconsecuencias cuando la válvula de retención tiene fuga o no esinstalada y el sistema BES está parado, el fluido tiende a bajar ydesplazarse a través del separador de gas o succión de entrada,pudiendo causar rotación inversa a los impulsores y siarrancamos el equipo nuevamente hay la posibilidad de que elmotor o el cable se queme o haya eje (flecha) roto.

Válvula de Drenaje

Cuando a una válvula de retención es usada, es recomendableusar una válvula de drenaje, de lo contrario cuando se recuperela tubería de producción saldría mojado ya que no habría pordonde drene el fluido. Si no se instala la válvula de retención, nohay necesidad de instalar la válvula de drenaje, ya que elseparador de gas o succión de entrada cumple la función dedrenaje cuando se recupera la tubería de producción.



Cabezal de producción para el sistema BES

El cabezal del pozo es el equipo superficial que tiene la función de soportar elpeso total del equipo de fondo incluyendo: Tubería de producción, cable depotencia, herramientas especiales, accesorios, etc.

El cabezal de producción es diseñado de tal manera que el penetrador desuperficie pase a través del cabezal de producción. Hay diferentes fabricantesde cabezales en el mercado tales como: Hercules, Cameron, Biw, FMC,Seaboard, etc. Dentro de los componentes del cabezal de producción y enaplicaciones específicas del sistema BES tenemos:

Válvula Viajera: Instalada en el tope del medio árbol y su función es realizartrabajo, con la unidad de línea de acero (wireline) sin necesidad de parar el

pozo. Esta aplicación se usa mucho cuando las bombas se taponean y senecesita hacer trabajos de limpieza con arominas, ácidos u otras químicas.Válvula Maestra: Su función es cerrar completamente el flujo del pozo asuperficie.Válvula Lateral: Su función es cerrar parcialmente el flujo del pozo asuperficie.Estrangulador: Es instalado en el tope de medio árbol y su función elcontrolar la abertura que se le tiene que dar a la producción. Dentro de la

operación es muy importante porque con el estrangulador permite realizaralternativas de operación y resolver en forma temporal algunos casosoperacionales , tales como:

- Reducir la aportación de arena.- Realizar pruebas de verificación de rotación del equipo BES- Reducir Cavitación- Reducir aporte de agua



VENTAJAS

Maneja grandes flujos de producción alrededor de 200 – 90000BPD.

No dispone de partes movibles en superficie. Disminución del impacto ambiental. Se puede monitorear a través de controles automatizados. Los costos de levantamiento para grandes volúmenes son bajos. Es usado en pozos verticales y desviados. Este tipo de instalaciones no impacta fuertemente en las zonas

urbanas. Se facilita el monitoreo de presiones y temperaturas de fondo del

hoyo, a través del uso de sensores. Puede ser manejado en pozos con grandes cortes de agua y bajarelación gas- líquido. Alta resistencia en ambientes corrosivosdentro del hoy.



DESVENTAJAS

Es imprescindible la corriente eléctrica, se requiere de altosvoltajes.

Los cables se deterioran al estar expuestos a altastemperaturas.

Los cables dificultan el corrido de la tubería de producción. No es recomendable usar cuando hay alta producción desólidos.

No es funcional a altas profundidades debido al costo delcable, a posibles problemas operacionales y a losrequerimientos de alta potencia de superficie.

Con la presencia de gas libre en la bomba, no puedefuncionar ya que impide el levantamiento. Las bombas están afectadas por: temperatura de fondo y

producción de arena.

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