BOMBEO HIDRÁULICO TIPO PISTÓNGeovanny Bernal NosaDaniel Buitrago SuarezDaniela López TriviñoCarlos Paz CabasMarcela PeñaAgustín Ordoñez OrtizAdriana Quijano Penagos

También llamado (Hydraulic Pistón Pumping, HPP), este sistema de producción es introducido al pozo cuando la energía natural de éste no es suficiente para que pueda fluir.

El bombeo hidráulico tipo pistón consiste de un sistema integrado de equipo superficial acoplado a una tubería conectada al pozo que transmite potencia a una unidad instalada a una determinada profundidad (pudiendo ser ésta el fondo del pozo) mediante acción hidráulica.

BOMBEO HIDRAULICO TIPO PISTON

BOMBEO HIDRAULICO TIPO PISTON

Equipo superficial : - Motor - Bomba reciprocante - Fluido motriz Este es un sistema reciprocante, es decir, que

succiona y expulsa fluido alternadamente, el cual es forzado a entrar y salir de un par cilindros por la acción de cada uno de los pistones.

BOMBEO HIDRAULICO TIPO PISTON

ESPECIFICACIONES DEL YACIMIENTO

VARIABLE RANGO No. De Pozos >2

BPD 101 a 600 Prof. Del Pozo (ft) 12001 a 15000

Tamaño (ID) 2 3/8 Inclinación(º) 0 a 10

Dogleg (Ft/100Ft) 0 a 3 Temperatura (ºF) 71 a 150

Pwf 301 a 800 BOMBEO HIDRAULICO TIPO

PISTON

Puede alcanzar mayores profundidades que otros sistemas, debido a su flexibilidad.

La bomba subsuperficial se puede recuperar e instalar fácilmente. La recuperación se hace invirtiendo la circulación en la sarta de producción, se circula por la sarta del retorno del fluido motriz para llevarla a la superficie.

Buena flexibilidad de gastos de producción.

Puede operar en pozos direccionales. Es el sistema artificial de producción mas indicado para esta operación.

CARACTERISTICAS DEL SISTEMA

BOMBEO HIDRAULICO TIPO PISTON

Control del sistema de varios pozos desde un punto único. Desde ese punto, el operador puede:

a) Cerrar o abrir uno, cualquiera o todos los pozos, o la combinación deseada de pozos.

b) Graduar la velocidad de la bomba en cada pozo.c) Medir la velocidad de la bomba en cualquier

pozo.

Fácil adición de inhibidores. (Flujo motriz).

Manejo de crudos pesados. Esto estará en función de la capacidad de la bomba subsuperficial y de su eficiencia.

BOMBEO HIDRAULICO TIPO PISTON

Falta de Fluido Motriz Obstrucciones del flujo Fugas Cambios de condiciones del pozo Desgaste del motor Contaminación del fluido motriz Alta producción de gas Corrosión Abrasividad Taponamientos

BOMBEO HIDRAULICO TIPO PISTON

FACTORES QUE AFECTAN EL FUNCIONAMIENTO:

FUNCIONAMIENTO DEL BOMBEO HIDRAULICO TIPO PISTON

Formada por un conjunto de pistones que van subiendo y bajando de forma alternativa de un modo parecido a los pistones de un motor a partir del movimiento rotativo del eje

Bomba de Acción Simple: Desplaza el fluido hasta la superficie, en el

recorrido ascendente o descendente

Bomba de Doble Acción: Desplaza el fluido hasta la superficie, en los dos

recorridos ascendente y descendente

TIPOS

PRINCIPIO DE FUNCIONAMEINTO

Proceso de generacion y transmission de energia que se efectua mediante un fluido conocido como “fluido motriz”, el cual es inyectado a presión al pozo.

El fluido motriz hace funcionar la bomba por medio del principio de “ si se ejerce una presion sobre la superficie de un lqiuido contenido en un recipiente, dicha presion se transmite en todas las direcciones”

Sistema de Flujo Cerrado: el fluido motriz no se mezcla con el fluido del pozo; lo que hace necesario instalar tres tuberías en el fondo del pozo: una para inyectar el fluido del pozo, otra para retorno del mismo y otra del fluido de producción:

Sistema de Flujo Abierto: el fluido motriz se mezcla con el fluido del pozo, se usan dos tuberías, una para inyectar el fluido de potencia y otra para el retorno de la mezcla.

OPERACIÓN GENERAL

BOMBA PISTON

RECORRIDO ASCENDENTE: el fluido de produccion levanta la valvula inferior izquierda, la presion generada por el ascenso del piston mantiene cerrado la valvula superior izquierda. La valvula superior derecha se abre para evacuar el fluido por la subida del piston ,y la valula inferior derecha se mantiene cerrada.

RECORRIDO DESCENDENTE: el fluido a producir hace que se abra la válvula superior izquierda permite que el pistón baje, lo cual mantiene cerrada la válvula inferior izquierda cerrada. La válvula inferior derecha se mantiene cerrada , mientras esto la válvula superior izquierda se cierra.

MOTOR PISTON

RECORRIDO DESCENDENTE: el fluido motriz comienza a llenar el cilindro por la parte superior, ejerciendo una presión sobre el pistón llevandolo abajo.

RECORRIDO ASCENDENTE: en el momento en que el pistón genera un presión determinada en el liquido, se abre un válvula permitiendo que el fluido en la parte superior entre y haga de nuevo subir el pistón .

ESPECIFICACIONES

VENTAJAS Y LIMITACIONES DE BOMBEO HIDRÁULICO TIPO PISTÓN.

Limitaciones:

Dificultad para tratar scales. Requiere 2 líneas de tubería. Facilidades en superficie

para tratamiento de agua (fluido motriz).

EQUIPOS DE SUPERFICIE

EQUIPOS DE SUPERFICIE

• Estas bombas trabajan con baja presión de entrada, por lo tanto, existe un menor consumo de energía en superficie.

• Estas bombas poseen partes móviles, por ello son más frágiles en el manejo de sólidos abrasivos.

• Su instalación en el pozo es fija.

• Su mantenimiento es más costoso ya que estas bombas requieren de calibración, y sus piezas deben pasar las pruebas de tolerancia por desgaste y luego son examinadas en un pozo de prueba, el cual simula condiciones de subsuelo

TANQUES DE ALMACENAMIENTO, TANQUES DE LAVADO, SEPARADORES Y/O TRATADORES

Cuando se utiliza petróleo como fluido de potencia, dicho fluido se obtiene de tanques de almacenamiento o de oleoductos, de donde se suministran al sistema de bombeo o de distribución.

BOMBAS DE SUPERFICIE• Las presiones de operación de estas bombas fluctúan generalmente

entre 2.000 y 4.000 psi y ratas de fluido motriz del orden de hasta 3.000 BFPD.

• Normalmente se usan bombas de desplazamiento positivo o reciprocantes, cuyos diámetros de pistón varían dependiendo de la cantidad de fluido motriz y la presión a manejar.

• Las bombas centrifugas multi-etapas pueden ser usadas cuando se bombea a múltiples pozos desde una estación central.

• Las bombas de desplazamiento positivo usan motores a gas o eléctricos. Las bombas múltiples usualmente varían sus pistones entre l y 2 ¾” y sus caudales entre 500 y 3.000 BFPD.

MÚLTIPLES DE CONTROL

Cuando se opera una cantidad apreciable de pozos desde una batería central, se suele usar un múltiple de control para dirigir los flujos directamente a cada uno de los pozos

Medidores de flujo global o individual para cada pozo se pueden instalar en el múltiple de control de fluido de potencia.

Para regular y/o distribuir el suministro de fluido de potencia a uno o más pozos, se usan varios tipos de válvulas de control. La válvula común a todos los sistemas de bombeo libre es la de cuatro vías o válvula control del cabezal del pozo.

VÁLVULA DE CONTROL

Una válvula de control de presión constante regula la presión en el lado común del fluido de potencia del múltiple. Esta presión, generalmente, es mayor que la presión más alta requerida por cualquiera de los pozos. La válvula de control de flujo constante rige la cantidad d fluido de potencia que se necesita en cada pozo cuando se emplea una bomba reciprocante.

LUBRICADOR

Sirve para sacar la bomba y desplazar la bomba hacia el pozo evitando la contaminación del medio ambiente. También se utiliza para controlar la presencia de gases corrosivos que pueden obstaculizar la bajada de la bomba o su remoción del pozo.

HIDROCYCLONES

Separa los sólidos (principalmente arena) del fluido motriz y evitar el daño prematuro de la bomba de superficie y de subsuelo. El trabajo eficiente del hidrocyclon depende de un diseño adecuado que tenga en cuenta el tamaño de los sólidos con respecto al tamaño del hidrocyclon y del diferencial de presión a través de él. un diferencial de presión entre 40 y 50 psi es normalmente adecuado.

EQUIPOS DE SUBSUELO

TIPO DE COMPLETAMIENTO

INSERTO FIJO

La bomba de fondo de pozo es corrida en una sarta de tubería mas pequeña.

El aceite de potencia consumido baja por la sarta pequeña y la de producción.

El fluido de potencia expulsado retorna por el anular de las dos sartas.

FIJO EN EL REVESTIMIENTO

La bomba de hueco es corrida en cualquier tamaño de tubería y sentada por medio de un empaque de revestimiento.

El fluido de potencia baja por la tubería.

La producción mas el fluido regresan por el anular.

LIBRE PARALELO

Dos sartas de tubería conectadas en el fondo por un bloque cruzado.La bomba libre es bajada por la tubería de mayor diámetro ayudado por el fluido de potencia.

Es colocada en un sello de asentamiento sobre la válvula fija y un sello superior en un collar especial.

Continua la circulación de aceite de potencia , la bomba comienza a operar.

La producción y fluido de potencia son expulsados por el bloque cruzado y retorna por la sarta de tubería pequeña.

REVESTIMIENTO LIBRE

La sarta de tubería es corrida y sentada en el revestimiento con un empaque.

La bomba libre es circulada a fondo.

En operación el fluido de potencia expulsado mas la producción, son levantados por el anular del revestimiento.

RESORTES DE SUB-SUPERFICIE

Los resortes de fondo se usan para amortiguar el impacto del descenso del pistón, evitando el daño.

se baja por cable al pozo para proteger el pistón.

BOMBAS HIDRAULICAS

La bomba puede ser de simple acción o de doble acción.

A) Bomba acción simple : La bomba de doble acción tiene válvulas

de succión y de descarga en ambos lados del pistón. Por esta razón esta bomba desplaza el fluido hasta la superficie en ambos recorridos, ascendente y descendente.

BOMBAS HIDRAULICAS

ACCION DUAL

De “acción dual”, desplazan el fluido tanto en el movimiento ascendente como en el descendente.

SISTEMA DE FLUIDO MOTOR

En los sistemas de bombeo hidráulico, el fluido motor transmite la potencia a la bomba de subsuelo y, a la vez, lubrica todas las partes móviles de la misma.

TIPO DE SISTEMAS DE FLUIDO:• Fluido cerrado• Fluido abierto

SISTEMA DE FLUIDO CERRADO

En este caso, el fluido motor no se mezcla con el pozo, lo cual hace necesario el uso de tres tuberías en el fondo del pozo:

• una para inyectar el fluido de potencia• una de retorno del mismo • otra del fluido de producción.

SISTEMA DE ABIERTO

En el sistema abierto, el fluido motor se mezcla con el fluido del pozo

TIPOS DE PISTON

PISTON VIAJERO

El agua fluye a través del pistón. Cuando la presión de gas o aceite es suficiente para cerrar la válvula, el pistón es levantado hacia la superficie donde el líquido es drenado y el gas y aceite es acumulado en la línea de flujo.

ACERO SOLIDO

Este tipo de pistón es óptimo para pozos que tienen tubería de producción combinada.

PISTON L

FRENAN LA FORMACION DE PARAFINAS

PISTON CEPILLO

Es diseñado para operar en pozos con arenas y sólidos suspendidos en los líquidos

PISTON ALMOHADILLAS

Las almohadillas están hechas básicamente de acero inoxidable, el pistón con almohadillas entrelazadas está disponible con una sola almohadilla o con tres según sea su diseño.

Aplicaciones del Bombeo Hidráulico

tipo pistón.

Primero la diferencia entre los dos diferentes sistemas de operación del Mecanismo.

Mas que aplicaciones, se verán ventajas y desventajas en comparación con el

Bombeo Hidráulico tipo jet y se describirán los criterios básicos de

aplicación.

Bombeo Hidráulico tipo pistón.

Bombeo Hidráulico tipo Jet

Flexibilidad rango de tasas (5000 BPD)

Carencia de partes móviles, manejo de diferentes fluidos.

Pozos direccionales Fácil instalación

Fácil adaptación para automatización

Adaptación a casi cualquier profundidad

Fácil para agregar inhibidores de corrosión.

Mas tasas de producción en mismo diámetro de tubería.

Puede instalarse como un sistema integral

Adecuado para crudos pesados.

Puede instalarse en áreas reducidas (plataformas o urbanas)

Ventajas

Bombeo Hidráulico tipo pistón.

Bombeo Hidráulico tipo jet.

Presenta limitaciones en presencia de sólidos.

La eficiencia mecánica es baja.

Muestra ciertos inconvenientes en presencia de gas libre.

Se necesita una presión de succión relativamente alta.

Desventajas

Criterios de aplicación del Bombeo Hidráulico tipo pistón.

• Pozos profundos, Profundidad operativa entre 7500 a 10000 pies, máximo 18000.

• Trabaja con volúmenes de 50 a 500 BPD, máximo 5000.

• Rango de temperatura esta entre 100 a 250 °F, máximo 500.

• Baja o ninguna concentración de sólidos en el fluido a producir.

• Pozos desviados u horizontales.• Bajo RGL.• Fluidos poco corrosivos o abrasivos.• Bajo nivel de fluido (Bajo Pwf).• Alto “drawdown”• Aplicable a completamientos múltiples y en

operaciones offshore.

DISEÑOBombeo Hidráulico Tipo

Pistón

Criterios de Diseño

1. Tipo de sistema: Abierto (OPF) o Cerrado (CPF).

2. Gestión del gas: Venteo o Bombeo.3. Arreglo de fondo de pozo.4. Bombas de subsuelo, tubería y

necesidades del pozo.5. Bomba de superficie.6. Sistema de limpieza de fluidos

motrices.

Tipo de Sistema

CPF: Se utiliza si el espacio en superficie o en la batería es limitado (i.e. offshore) o por factores ecológicos o de presentación. Utiliza agua.

OPF: Cuando no es tienen las limitantes anteriores. Menor costo. Utiliza petróleo muerto debido a que los aditivos químicos para agua se pierden y requieren inyección continua.

Gestión del Gas

Gestión del Gas

Venteo

Bombeo

Gestión del Gas

Bombeo: Instalaciones de más bajos

costos, pero no apropiado en pozos de bajas presiones de producción y altos GOR.

Gestión del Gas

Venteo:

Mayores costos de instalación.

Necesario cuando:

GOR > 500 SCF/BBLPresión de Bombeo

< 400 psi

Selección de la Bomba

Se basa en tablas donde se muestran los diferentes tipos con sus características como son:Tamaño de la bomba / tubería de producción.Relación P/E.

P/E = Relación de desplazamiento de la bomba con respecto al desplazamiento del motor.

Se relaciona con la presión de superficie requerida para un levantamiento dado.

 

Selección de la Bomba

Desplazamiento máximo de la bomba.

Si califican dos o más, se escogerá aquella con la máxima capacidad de levantamiento de fluidos (Valor más bajo de P/E).

Desplazamiento en BPD/SPM del extremo del motor y del extremo de bombeo respectivamente.

Se tienen las especificaciones técnicas para cada tipo de bomba en una instalación tipo Casing Libre.

Rata del Fluido Motriz

La rata del fluido motriz es función de la eficiencia final de la bomba.Para su cálculo se tiene:

Rata del Fluido Motriz

CÁLCULO DE LA EFICIENCIA FINAL DE LA BOMBA:

Forma Gráfica.Ecuación:

Rata del Fluido Motriz

Eficiencia Volumétrica Total [Nv]:Es la eficiencia final de la bomba multiplicada por la eficiencia final del motor. Entonces:

Fricción en la Bomba

La fricción mecánica e hidráulica en la bomba, bajo condiciones de “no carga” se obtiene de la siguiente gráfica:

Fricción en la Bomba

Corrigiendo el 25% de pérdidas por fricción en la FPE

Cuando la corrección para FPE se ignora, como usualmente es, FP = ΔP

Potencia Hidráulica

Se utiliza la siguiente ecuación para calcular la potencia en superficie y el trabajo hecho por la bomba en el fondo del pozo:

GRACIAS!!