SISTEMAS BOMBEO MECANICO (BMC) Y NEUMTICO (BN) INTRODUCCION El mtodo ms comn para tr ansportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a travs de un sistema de tubera s. Las tuberas de seccin circular son las ms frecuentes, ya que esta forma ofrece n o slo mayor resistencia estructural sino tambin mayor seccin transversal para el mi smo permetro exterior que cualquier otra forma. El manejo de los fluidos en super ficie provenientes de un yacimiento de petrleo o gas, requieren de la aplicacin de conceptos bsicos relacionado con el flujo de fluidos en tuberas en sistemas senci llos y en red de tuberas, el uso de vlvulas accesorios y las tcnicas necesarias par a disear y especificar equipos utilizados en operaciones de superficie. Los fluid os de un yacimiento de petrleo son transportados a los separadores, donde se sepa ran las fases lquidas y gaseosas. El gas debe ser comprimido y tratado para su us o posterior y el lquido formado por petrleo agua y emulsiones debe ser tratado par a remover el agua y luego ser bombeado para transportarlo a su destino. El propsi to de este trabajo es proporcionar los conceptos bsicos para el entendimiento del sistema de bombeo mecnico y neumtico (gas lift). 1 1.1 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Familiarizarnos y obtener conocimientos acerca del sistema de Bombeo Mecnico (BM C) y Bombeo Neumtico o Gas Lift (BN) como mtodo alterno de produccin para pozos de petrleo, proporcionando los conocimientos bsicos de levantamiento artificial, prin cipios de funcionamiento, componentes y herramientas de fondo y superficie, sele ccin de equipos y accesorios as como las operaciones fundamentales que incide en l a produccin y que obtengan una visin integral de ambos Sistemas de Produccin, adems del proceso de Diseo. OBJETIVOS ESPECIFICOS Dar a conocer una serie de conceptos claves relacionados con el bombeo mecnico, as como el origen, principio de funcion amiento y aplicacin de este sistema de levantamiento artificial, ventajas, desven tajas, como adems algunos aspectos bsicos de Levantamiento artificial. Instruir a nuestros compaeros de todos los equipos involucrados tanto en la parte de subsuel o, las herramientas usadas, as como en la parte de superficie, desde el concepto, funcionamiento, componentes, caractersticas, tipos y todo lo necesario para mane jar los trminos. Ensear las herramientas de subsuelo ms usadas para dar un buen dia gnstico sobre un pozo con algn dao en particular. Dar a conocer como se forma una c arta dinamomtrica, as como analizar e interpretar las diferentes formas de bombeo tanto normal como con dificultad y anlisis de la falla. Conocer lo posible del bo mbeo mecnico y neumtico 1.2 12 2.1BOMBEO MECANICO CONVENCIONAL (BMC) DEFINICIN Es uno de los mtodos de produccin ms ut ilizados (80-90%), el cual su principal caracterstica es la de utilizar una unida d de bombeo para transmitir movimiento a la bomba de subsuelo a travs de una sart a de cabillas y mediante la energa suministrada por un motor. Los componentes del bombeo mecnico est compuesto bsicamente por las siguientes partes: unidad de bombe o, motor (superficie), cabillas, bomba de subsuelo, anclas de tubera, tubera de pr oduccin (subsuelo). Un equipo de bombeo mecnico (tambin conocido como balancn o cige duce un movimiento de arriba hacia abajo (continuo) que impulsa una bomba sumerg ible en una perforacin. Las bombas sumergibles bombean el petrleo de manera pareci da a una bomba que bombea aire a un neumtico. Un motor, usualmente elctrico, gira un par de manivelas que, por su accin, suben y bajan un extremo de un eje de meta l. El otro extremo del eje, que a menudo tiene una punta curva, est unido a una b arra de metal que se mueve hacia arriba y hacia abajo. La barra, que puede tener una longitud de cientos de metros, est unida a una bomba de profundidad en un po zo de petrleo. El balancn de produccin, que en apariencia y principio bsico de funci onamiento se asemeja al balancn de perforacin a percusin, imparte el movimiento de sube y baja a la sarta de varillas de succin que mueve el pistn de la bomba, coloc ada en la sarta de produccin o de educcin, a cierta profundidad del fondo del pozo . La vlvula fija permite que el petrleo entre al cilindro de la bomba. En la carrera descendente de las varillas, la vlvula fija se cierra y se abre la vlvula viajera para que el petrleo pase de la bomba a la tubera de educcin. En la carrera ascende nte, la vlvula viajera se cierra para mover hacia la superficie el petrleo que est en la tubera y la vlvula fija permite que entre petrleo a la bomba. La repeticin con tinua del movimiento ascendente y descendente (emboladas) mantiene el flujo 2hacia la superficie. Como en el bombeo mecnico hay que balancear el ascenso y des censo de la sarta de varillas, el contrapeso puede ubicarse en la parte trasera del mismo balancn o en la manivela. Otra modalidad es el balanceo neumtico, cuya c onstruccin y funcionamiento de la recmara se asemeja a un amortiguador neumtico; ge neralmente va ubicado en la parte delantera del balancn. Este tipo de balanceo se utiliza para bombeo profundo. 2.1.1 VENTAJAS Fcil de operar y de hacer mantenimi ento Se puede cambiar fcilmente de la rata de produccin por cambio en la velocidad de bombeo o stroke. Puede bombear el pozo a una muy baja presin de entrada para obtener la mxima produccin. Usualmente es la ms eficiente forma de levantamiento ar tificial. Se puede fcilmente intercambiar de unidades de superficie. 2.1.2 DESVEN TAJAS Es problemtico en pozos con alta desviacin. No puede ser usada en pozos off shore por los grandes equipos de superficie y la limitada capacidad de produccin es comparada con otros mtodos. No puede funcionar con excesiva produccin de arena. La eficiencia volumtrica cae drsticamente cuando se tiene gas libre. La rata de p roduccin cae con la profundidad comparado con otros mtodos de levantamiento artifi cial Es obstrusivo en reas urbanas. 2.2 EQUIPO SUPERFICIAL La unidad de superfici e de un equipo de bombeo mecnico tiene por objeto transmitir la energa desde la su perficie hasta la profundidad de asentamiento de la bomba de subsuelo con la fin alidad de elevar los fluidos desde el fondo hasta la superficie. Estas unidades pueden ser de tipo balancn o hidrulicas. Los equipos que forman los equipos de sup erficie se explican a continuacin: Unidad de Bombeo (Balancn) Es una mquina integra da, cuyo objetivo es de convertir el movimiento angular del eje de un motor o re ciproco vertical, a una velocidad apropiada con la finalidad de accionar la sart a de cabillas y la bomba de subsuelo. Algunas de las caractersticas de la unidad de balancn son: a) La variacin de la velocidad del balancn con respecto a las revol uciones por minuto de la mquina motriz. b) La variacin de la longitud de carrera. c) La variacin del contrapeso que acta frente a las cargas de cabillas y fluidos d el pozo. Para la seleccin de un balancn, se debe tener los siguientes criterios de acuerdo a la productividad y profundidad que puede tener un pozo: 2.2.1 3Productividad a) Los equipos deben ser capaces de manejar la produccin disponible . b) Los equipos de superficie deben soportar las cargas originadas por los flui dos y equipos de bombeo de pozo. c) Factibilidad de disponer de las condiciones de bombeo en superficie adecuada. Profundidad a) La profundidad del pozo es un f actor determinante de los esfuerzos de tensin, de elongacin y del peso. b) Afecta las cargas originadas por los equipos de produccin del pozo. c) Grandes profundid ades necesitan el empleo de bombas de subsuelo de largos recorridos. La disponib ilidad de los balancines va a depender fundamentalmente sobre el diseo de los mis mos. Los balancines sub-diseados, limitan las condiciones del equipo de produccin y en consecuencia la tasa de produccin del pozo. Los balancines sobre-diseados, po seen capacidad, carga, torque y carrera estn muy por encima de lo requerido y pue den resultar muchas veces antieconmicos. 2.3 EQUIPO SUBSUPERFICIAL El equipo de sub-superficial o de subsuelo es el que constituye la parte fundame ntal de todo el sistema de bombeo. La API ha certificado las cabillas, las tubera s de produccin y bomba de subsuelo. 4Tubera de Produccin La tubera de produccin tiene por objeto conducir el fluido que s e esta bombeando desde el fondo del pozo hasta la superficie. En cuanto a la res istencia, generalmente la tubera de produccin es menos crtica debido a que las pres iones del pozo se han reducido considerablemente para el momento en que el pozo es condicionado para bombear. Cabillas o Varillas de Succin La sarta de cabillas es el enlace entre la unidad de bombeo instalada en superficie y la bomba de sub suelo. Las principales funciones de las mismas en el sistema de bombeo mecnico so n: transferir energa, soportar las cargas y accionar la bomba de subsuelo. Las pr incipales caractersticas de las cabillas son: a) Se fabrican en longitudes de 25 pies, aunque tambin pueden manufacturarse de 30 pies. b) Se dispone de longitudes de 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10 y 12 pies denominados por lo general niples de cabilla qu e se utilizan para complementar una longitud determinada y para mover la localiz acin de los cuellos de cabillas, a fin de distribuir el desgaste de la tubera de p roduccin. c) Se fabrican en dimetros de 5/8, 3/4, 7/8, 1, 1-1/8 de pulgadas. De ac uerdo a las especificaciones de la API, las cabillas de acero slido es del tipo d e cabillas ms utilizado y ha sido estandarizada por la API, sus extremos son forj ados para acomodar las roscas, un diseo que desde 1926 no ha cambiado hasta la fe cha. Todos los efectos negativos inciden en la vida til de las uniones de las cab illas de succin, y hacen que el 99% de los rompimientos por fatiga en los pines d e la cabilla, lo cual es ocasionado por un incorrecto enrosque de la misma. Entr e las principales fallas podemos encontrar: tensin, fatiga y pandeo. En la produc cin de crudos pesados por bombeo mecnico en pozos direccionales y algunos pozos ve rticales, se presenta este tipo de problema (pandeo), la corta duracin de los cue llos y la tubera debido al movimiento reciprocovertical o reciprocante (exclusivo en el bombeo mecnico) del cuello en contacto con la tubera causando un desgaste o ruptura de ambas. Para el pandeo (Buckling de cabillas) se deben colocar de 1 o 2 centralizadores por cabilla segn sea la severidad. Hay cabillas que tienen cen tralizadores permanentes. Entre los tipos de cabillas que existen en el mercado estn: Electra, Corod (continua) y fibra de vidrio. Las cabillas continuas (Corod) fueron diseadas sin uniones para eliminar totalmente las fallas en el PIN (macho ) y la hembra para incrementar la vida de la sarta. La forma elptica permite que una gran sarta de cabillas sea enrollada sobre rieles especiales de transporte s in daarlas de manera permanente. Otra ventaja de este tipo de varilla es su peso promedio ms liviano en comparacin a las API. Ventajas a) La ausencia de cuellos y uniones elimina la posibilidad de fallas por desconexin. b) La falta de uniones y protuberancias elimina la concentracin de esfuerzos en un solo punto y consiguie nte desgaste de la unin y de la tubera de produccin. c) Por carecer de uniones y cu ellos, no se presentan los efectos de flotabilidad de cabillas. 5Desventajas a) Presentan mayores costos por pies que las cabillas convencionales . b) En pozos completados con cabillas continuas y bomba de tubera, la reparacin d e la misma requiere de la entrada de una cabria convencional. Anclas de Tubera Es te tipo est diseado para ser utilizados en pozos con el propsito de eliminar el est iramiento y compresin de la tubera de produccin, lo cual roza la sarta de cabillas y ocasiona el desgaste de ambos. Normalmente se utiliza en pozos de alta profund idad. Se instala en la tubera de produccin, siendo ste el que absorbe la carga de l a tubera. Las guas de cabillas son acopladas sobre las cabillas a diferentes profu ndidades, dependiendo de la curvatura y de las ocurrencias anteriores de un elev ado desgaste de tubera. Bomba de Subsuelo Es un equipo de desplazamiento positivo (reciprocante), la cual es accionada por la sarta de cabillas desde la superfic ie. Los componentes bsicos de la bomba de subsuelo son simples, pero construidos con gran precisin para asegurar el intercambio de presin y volumen a travs de sus vl vulas. Los principales componentes son: el barril o camisa, pistn o mbolo, 2 o 3 vl vulas con sus asientos y jaulas o retenedores de vlvulas. Pintn Su funcin en el sis tema es bombear de manera indefinida. Est compuesto bsicamente por anillos sellos especiales y un lubricante especial. El rango de operacin se encuentra en los 10K lpc y una temperatura no mayor a los 500F. Funciones de la Vlvula a) Secuencia de operacin de la vlvula viajera: permite la entrada de flujo hacia el pistn en su de scenso y posteriormente hacer un sello hermtico en la carrera ascendente permitie ndo la salida del crudo hacia superficie. b) Secuencia de operacin de la vlvula fi ja: permite el flujo de petrleo hacia la bomba, al iniciar el pistn su carrera asc endente y cerrar el paso el fluido dentro del sistema bomba-tubera, cuando se ini cia la carrera descendente del pistn. 2.4 TIPOS DE UNIDADES DE BOMBEO (BALANCINES ) Balancines convencionales Estos poseen un reductor de velocidad (engranaje) lo calizado en su parte posterior y un punto de apoyo situado en la mitad de la vig a. Balancines de geometra avanzada Estos poseen un reductor de velocidad en su pa rte delantera y un punto de apoyo localizado en la parte posterior del balancn. E sta clase de unidades se clasifican en balancines mecnicamente 6balanceados mediante contrapesos y por balancines balanceados por aire comprimid o. Los balancines de aire comprimido son 35% ms pequeas y 40% ms livianas que las q ue usan manivelas. Se utilizan frecuentemente como unidades porttiles o como unid ades de prueba de pozo (costa afuera). 2.5 ANALISIS COMPARATIVO DE LAS UNIDADES DE BOMBEO (DIFERENCIAS) Unidades de Bombeo. Unidades convencionales, MarkII y Air- Balanced. Caractersticas de las Unidad de Bombeo Convencional 1. Muy eficiente 2. Muy confiable debido a su diseo simple 3 . La ms econmica Balanceada por aire 1. La de menor eficiencia 2. La ms compleja de las unidades 3. La ms costosa Bombeo mecnico Mark II Mark II 1. Muy eficiente 2. Igual que la convencional 3. Moderadamente costosa 7Contrapeso esttico Contrapeso centrifugo 82.6 Cartas dinamomtricas Las cartas dinamomtricas registradas en superficie, en pozos producidos con Bombeo mecnico brindan informacin esencial para el diseo y diagnstico del sistema de extraccin. El concepto de dinamometra lleva consigo la interpretac in en superficie de lo que est pasando en el fondo de pozo. El uso principal de la carta dinamomtrica de la bomba es el de identificar y analizar los problemas de fondo de pozos. Carta dinamomtrica de superficie Representa la medicin de las carg as en las varillas de bombeo en distintas posiciones a lo largo de un ciclo comp leto de bombeo. Las cargas generalmente son representadas en Libras y el desplaz amiento en pulgadas. Carta dinamomtrica de la bomba (fondo) Representa las cargas calculadas en distintas posiciones de la bomba a lo largo de un ciclo de bombeo y representa las cargas que la bomba aplica sobre la parte inferior de la sarta de varillas de bombeo. 9103 3.1 SISTEMAS DE BOMBEO NEUMTICO O GAS LIFT DEFINICIN El bombeo neumtico es un sistema a rtificial de produccin utilizado en los pozos petroleros para poder levantar los fluidos a la superficie. En este sistema se utiliza gas a una presin relativament e 2 alta (250 lb/pg como mnima) para poder aligerar la columna de fluido y de est e modo permitir al pozo fluir hacia la superficie. El gas inyectado origina que la presin que ejerce la carga del fluido sobre la formacin disminuya debido a la r educcin dela densidad de dicho fluido y por otro lado la expansin del gas inyectad o con el consecuente desplazamiento del fluido. 113.2 CLASIFICACION DEL BOMBEO NEUMTICO 3.2.1 BOMBEO NEUMATICO CONTINUO En este mtodo se introduce un volumen continuo de gas a alta presin por el espacio anular a la tubera de produccin para airear o aligerar la columna de fluidos, hasta que la reduccin de la presin de fondo permita una dif erencial suficiente a travs de la formacin, causando que el pozo produzca al gasto deseado. Para realizar esto se usa una vlvula en el punto de inyeccin mas profund o con la presin disponible del gas de inyeccin, junto con la vlvula reguladora en l a superficie. Este mtodo se usa en pozos con alto ndice de productividad (IP 0.5 bl /dia/lb/pg2) y presin de fondo fluyendo relativamente alta, (columna hidrosttica d el orden del 50% o ms en relacin con la profundidad del pozo). 12En pozos de este tipo la produccin de fluidos puede estar dentro de un rango de 2 00 a 20000 bl/da a travs de tuberas de produccin comunes. Si se explota por el espac io anular, es posible obtener an ms de 80000 bbl/da. El dimetro interior de la TP (t ubera de produccin) rige la cantidad de flujo, siempre y cuando el ndice de product ividad del pozo, la presin de fondo fluyendo, el volumen y la presin del gas de in yeccin y las condiciones mecnicas sean ideales. 3.2.2 BOMBEO NEUMATICO INTERMITENT E El bombeo neumtico intermitente consiste en producir peridicamente determinado v olumen de aceite impulsado por el gas que se inyecta a alta presin, el gas es iny ectado en la superficie al espacio anular por medio de un regulador, un interrup tor o por la combinacin de ambos; este gas pasa posteriormente del espacio anular a la TP a travs de una vlvula que va insertada en la TP. Cuando la vlvula abre, el fluido proveniente de la formacin que se ha estado acumulando dentro de la TP, e s expulsado al exterior en forma de un tapn o bache de aceite a causa de la energa del gas, Sin embargo, debido al fenmeno de resbalamiento del lquido, que ocurre den tro de la tubera de produccin, solo una parte del volumen de aceite inicial se rec upera en superficie, mientras que el resto cae al fondo del pozo integrndose al b ache de aceite en formacin. Despus de que la vlvula cierra, transcurre un periodo d e inactividad aparente, en el cual la formacin productora continua aportando flui do al pozo, hasta formar un determinado volumen de aceite con el que se inicia o tro ciclo. En el bombeo neumtico intermitente el gas es inyectado a intervalos re gulares, de tal manera que el ciclo es regulado para que coincida con la relacin de fluidos que esta produciendo la formacin hacia el pozo. El bombeo neumtico inte Bajo ndice de productivi rmitente es usado en pozos las siguientes caractersticas: dad Baja RGL de yacimiento Baja presin de yacimiento Bajas tasas de produccin Pozo s sin produccin de arena, en pozos con baja presin de fondo CARACTERISTICAS, MECAN ISMO Y CLASIFICACIN DE LAS VALVULAS DE BOMBEO NEUMATICO CARACTERISTICAS Al establ ecer el mtodo de bombeo neumtico (BN) se debe seleccionar el tipo de vlvula subsupe rficial, de acuerdo a las caractersticas propias del diseo de la instalacin, ya que estas pueden operar en forma continua o intermitente. MECANISMO DE LAS VALVULAS SUBSUPERFICIALES DE BN Los diversos fabricantes han categorizado a las vlvulas d e BN dependiendo de que tan sensible es una vlvula a una determinada presin actuan do en la TP o en la TR. Generalmente son clasificadas por el efecto que la presin tiene sobre la apertura de la vlvula, esta sensibilidad esta determinada por la construccin del mecanismo que cierra o abre la entrada del gas. Normalmente la pr esin a la que se expone una vlvula la determina el rea del asiento de dicha vlvula. Los principales mecanismos de las vlvulas para ambos casos, es decir, en la tubera de revestimiento y en la TP, son los mismos, y solo la nomenclatura cambia. 13 3.3 3.3.1 3.3.2Las vlvulas de BN operan de acuerdo a ciertos principios bsicos, que son similares a los reguladores de presin. Las partes que componen una vlvula de BN son: Cuerpo de la vlvula (fuelle). Elemento de carga (resorte, gas o una combinacin de ambos) Elemento de respuesta a una presin ( fuelle de metal, pistn o diafragma de hule) Elemento de transmisin (diafragma de hule o vstago de metal) Elemento medidor (ori ficio o asiento). 3.3.3 CLASIFICACION DE LAS VALVULAS DE BOMBEO NEUMATICO Las vlvulas de bombeo neumtico se clasifican en: Vlvulas balanceadas. Es la que no est influenciada por la presin en la tubera de produccin cuando est en la posicin cerr ada o en la posicin abierta . Se observa que la presin de la tubera de revestimient o acta en el rea del fuelle durante todo el tiempo. Esto significa que la vlvula ab re y cierra a la misma presin (presin del domo). De acuerdo a esto la diferencia d e presin entre la de cierre y la de apertura es cero. Vlvulas desbalanceadas. Son aquellas que tienen un rango de presin limitado por una presin superior de apertur a y por una presin inferior de cierre, determinada por las condiciones de trabajo del pozo; es decir, las vlvulas desbalanceadas se abren a una presin determinada y luego se cierran con una presin ms baja. Dentro de este grupo de vlvulas tenemos las siguientes: Vlvula operada por presin del gas de inyeccin.- Generalmente se con oce como vlvula de presin, esta vlvula es del 50 al 100% sensible a la presin en la tubera de revestimiento en la posicin cerrada y el 100% sensible en la posicin de a pertura. Se requiere un aumento en presin en el espacio anular para abrir y una r educcin de presin en la tubera de revestimiento para cerrar la vlvula. 14Vlvula reguladora de presin.- Es tambin llamada como vlvula proporcional o vlvula de flujo continuo. Las condiciones que imperan en esta son las mismas a las de la vl vula de presin en la posicin cerrada. Es decir, una vez que la vlvula est en la posi cin abierta es sensible a la presin en la TP, es lo que se requiere que se aumente la presin en el espacio anular para abrirla y una reduccin de presin en la TP o en la TR para cerrar la vlvula. Vlvula operada por fluidos de formacin.- La vlvula ope rada por fluidos de la formacin es 50 a 100% sensible a la presin en la TP en la p osicin cerrada y 100% sensible a la presin en la TP en la posicin abierta. Esta vlvu la requiere un incremento en la presin de la TP para abrir y una reduccin en la pr esin de la TP para lograr el cierre de la vlvula. Vlvula combinada.- Tambin es llama da vlvula de presin operada por fluidos y por presin del gas de inyeccin; en sta se r equiere un incremento en la presin del fluido para su apertura y una reduccin de p resin en el espacio anular para cerrarla. Vlvulas para bombeo neumtico continuo.- U na vlvula usada para flujo continuo debe ser sensible a la presin en la TP cuando est en la posicin de apertura, es decir, responder proporcionalmente al incremento y decremento de la presin en la TP. Cuando la presin decrezca la vlvula deber empeza r a regular el cierre, para disminuir el paso de gas. Cuando la presin en la tube ra de produccin se incrementa, la vlvula debe regular la apertura en la cual se inc rementa, el flujo de gas a travs de la misma. Estas respuestas de la vlvula mantie nen estabilizada la presin en la TP o tienden a mantener una presin constante. Est as mismas caractersticas pueden ser determinadas en el caso de que se tuviera un regulador de presin o una vlvula operada por fluidos. Vlvula para bombeo neumtico in termitente.- Una instalacin de BN intermitente puede llevarse a cabo con cualquie r tipo de vlvula de BN, solo que debe ser diseada propiamente, de acuerdo a las ca ractersticas o condiciones de trabajo del pozo. Bsicamente se tienen dos tipos de BN intermitente: Uno es el de punto nico de inyeccin, en este caso todo el gas nec esario para subir el bache de petrleo a la superficie se inyecta a travs de la vlvu la operante (Fig. 1.4). El otro es el de punto mltiple de inyeccin. La Fig. 1.5 mu estra la secuencia de los pasos para el punto mltiple de inyeccin. La operacin de l a vlvula ensea en cada esquema la expansin del gas elevando consigo el bache de ace ite a una vlvula posterior localizada inmediatamente arriba. En este tipo se abre la vlvula que se encuentra debajo del bache de petrleo y que se comporta como una vlvula de operacin. Todas las vlvulas que se tienen en la sarta de produccin no nec esitan estar abiertas en el tiempo que se aplica este tipo de bombeo. El nmero de vlvulas abiertas va ha depender del tipo de vlvula usada, del diseo de BN, y en si de toda la configuracin del bombeo neumtico. Cualquiera de las vlvulas vistas pued en ser usadas en este tipo de bombeo, pero diseadas correctamente. Existen otros Vlvula piloto. Vlvula de nitrgeno. Vlvula sens tipos de vlvulas de BN, tales como: va a la presin de lquido. 3.4 CLASIFICACIN DE LAS INSTALACIONES DE BOMBEO NEUMATICO 15En general, el tipo de instalacin est condicionada por la decisin de hacer producir un pozo con bombeo neumtico continuo o intermitente. Las caractersticas del pozo, el tipo de completacin, tal como agujero descubierto, as como la posible produccin de arena y la conificacin de agua y/o gas son condiciones de vital importancia q ue influyen en el diseo de una instalacin. El tipo de instalacin est condicionada po r la decisin de hacer producir un pozo con bombeo neumtico continuo o intermitente . Las vlvulas estn diseadas de modo que funcionen como un orificio de apertura vari able para el caso de BNC, dependiendo de la presin de la TP; o bien, pueden tener un asiento amplio y suministrar un volumen de gas rpidamente a la TP para despla zar el bache de lquido para el caso de BNI. Existen los siguientes tipos de insta laciones para BN: 3.4.1 Instalacin abierta. La tubera de produccin se suspende en e l pozo sin obturador. El gas se inyecta hacia abajo por el espacio anular casing /tubing y el fluido se produce a travs del tubing. No es muy recomendada para poz os de BN intermitente. 3.4.2 Instalacin semi cerrada. 16Es idntica a la instalacin abierta, excepto que se agrega un obturador para establ ecer un sello entre el tubing y el casing. Ofrece varias ventajas: Una vez que e l pozo se ha descargado, no hay camino por el cual el fluido pueda regresar al e spacio anular de la TR, ya que todas las vlvulas tienen un dispositivo de retencin check Cualquier fluido dentro de la PT no puede abandonar la tubera de produccin y pasar al espacio anular de la TR. El obturador asla a la TR de cualquier fluido p roveniente del fondo de la TP. Este tipo de instalacin puede ser usado en BN inte rmitente. 3.4.3 Instalacin cerrada. Es similar a la instalacin semi cerrada excepto que en el tubi ng se coloca una vlvula fija. Esta vlvula evita que la presin del gas de inyeccin ac te contra la formacin. Este tipo de instalacin es a menudo recomendada para BN inte rmitente. 173.5MEDIDA DE RELACION GAS INYECTADO-PETROLEO PARA BOMBEO NEUMATICO INTERMITENTE. Un o de los criterios sobre eficiencia de las operaciones de gas lift es el manteni miento de optima relacin gas inyectado petrleo (IGOR) el cual es definido como el numero de pies cbicos necesarios para levantar un barril 1000 pies de altura. Par a operaciones de gas lift intermitente esto es calculado como sigue: (Relacin de flujo)(periodo de inyeccin)( ciclos por da) IGOR= (BPD de fluido)( Ec.(1.1) donde: Relacin de flujo.- es el promedio introducido por gas (en SCF/minuto) al p ozo durante el periodo de inyeccin. Periodo de inyeccin.- es el tiempo en segundos o minutos mientras el gas fluye al pozo durante cada ciclo. BPD de fluido.- es el promedio de produccin diaria del pozo (petrleo y agua) producido bajo las misma s condiciones en que la prueba de IGOR fue realizada. Profundidad de elevacin.- e s tomada usualmente como la profundidad de la vlvula retenedora (standing valve). 3.6 3.6.1 DESCRIPCION DEL FUNCIONAMIENTO BOMBEO NEUMATICO CONTINUO El proceso e s el siguiente: 1. Reduccin de la densidad de fluido y el peso de la columna de m anera que la presin diferencial entre el yacimiento y el dimetro interno del pozo sea incrementada. 2. Expansin del gas inyectado de manera que ste empuje lquido del ante de l, que posteriormente reducir el peso de la columna, incrementando de este modo, la diferencial de presin entre el yacimiento y el dimetro interior del pozo . 3. Desplazamiento de baches de lquido mediante burbujas grandes de gas actuando como pistones. 183.7 3.7.1 DESCRIPCION DEL FUNCIONAMIENTO Descarga Una vez instaladas las vlvulas de BN, el paso siguiente es la descarga de los fluidos del pozo. La finalidad de la operac in es la de permitir que el gasto llegue a la vlvula neumtica de trabajo sin excesi vas presiones iniciales, para conseguir la estabilizacin del rgimen de produccin. C uando en un pozo se instalan vlvulas neumticas por primera vez, el espacio anular se encuentre tal vez lleno de fluido (generalmente lodo) que se ha usado para co ntrolarlo, por lo cual es necesario descargarlo. El mtodo de descarga continua de be ser de operacin ininterrumpida. Las vlvulas se espacian de modo que el pozo se descarga por s mismo, controlndose el gas en la superficie. A continuacin, se descr ibe una operacin de descarga continua. Se observa que el aparejo de produccin tien e cuatro vlvulas de BN y sus correspondientes presiones de operacin son de 625, 60 0 575 y 550 [psi]. Suponiendo que al empezar el pozo est lleno de fluido de contr ol hasta la superficie, para descargarlo se siguen los pasos que se indican a co ntinuacin. Paso 1. El gas se inyecta lentamente en el espacio anular a travs de una vlvula de aguja (estrangulador). Inmediatamente el fluido de control empieza a salir por la TP. La prctica comn es descargar el fluido en una presa, hasta que empiece a sa lir gas a travs de la primera vlvula o hasta que en la corriente aparezca gas. Es importante efectuar la operacin lentamente para que los fluidos que pasen por las vlvulas no las daen. Paso 2. A medida que al espacio anular se le aplica gas cont inuamente, la presin en la TR debe subir gradualmente para que el fluido siga asc endiendo por la TP. 19Paso 3. La vlvula nmero 1 (625 [psi]) no tarda en quedar al descubierto, ya que el gas pasa a la TP. Esto se observa en la superficie por el aumento instantneo de la velocidad del flujo que sale por el extremo de la TP. Paso 4. La descarga del pozo es una mezcla de gas y lquidos, y la presin en la TR se estabiliza a 625 [psi], que es la presin de operacin de la vlvula 1. Para no des perdiciar gas, el flujo puede direccionarse a los separadores. Paso 5. La inyecc in de gas en el espacio anular hace que el nivel de lquido siga bajando hasta que la vlvula 2 (600 [psi]) queda al descubierto debido a que el gradiente es aligera do considerablemente por el gas. Por ejemplo, si el fluido de control tiene un g radiente de 0.5 [psi/pie], con la inyeccin de gas puede bajar a 0.1 [psi/pie] en la TP, con el consecuente cambio en el gradiente de presin, dependiendo a qu profu ndidad est la vlvula 1. 20Si la presin del gas al pasar por la vlvula 1 es de 50 [psi], y suponiendo que est a una profundidad de 1250 [pie], la presin del gas en la superficie es de 50 + (1 250*0.1) = 175 [psi]. Quedan entonces 625 175 = 450 [psi] para trabajar el pozo hasta la vlvula 2. As, se determina tambin el espaciamiento de dicha vlvula, el cual es de (450/0.5) = 900 [pie]. Entonces, la vlvula 2 se instala a 1250 + 900 = 215 0 [pie]. Paso 6. Tan pronto la vlvula 2 queda descubierta, el gas entra en ella a la profundidad de 1250 [pie]. Adems, la presin en la TR baja a 600 [psi], ya que la vlvula 2 funciona con 25 [psi] menos que la vlvula1. El gradiente de presin en l a TP baja a 0.1 [psi/pie] de la vlvula 2 a la superficie; La presin de la TP a la altura de esta vlvula es de 50 + (2150*0.1) = 265 [psi]. Queda as una diferencia d e 600 265 = 335 [psi] para llegar hasta la vlvula 3, situada a 2150 + (335/0.5) = 2820 [pie]. 21Paso 7. El gas se inyecta continuamente hasta llegar a la tercera vlvula y la ope racin se repite hasta llegar a la cuarta. Durante la descarga del pozo, la presin de fondo baja al punto en el que los fluidos de la formacin empiezan a entrar en el fondo de la TP. En este momento, la composicin de los fluidos en la TP empieza a cambiar, transformndose en una mezcla de los fluidos que se estn desplazando de l espacio anular y los que salen de la formacin. Cuando esto ocurre, la produccin de descarga del pozo tiende a bajar, hasta que se llega a la vlvula de operacin (c uarta vlvula). Paso 8. Tan pronto se llega a la vlvula 4 (a 3306 [pie]), la TR se estabiliza a 550 [psi] de presin de operacin en la superficie y el pozo entra en p roduccin. 22