Bombeo hidráulico (BH)

Una bomba hidráulica es un dispositivo tal, que recibiendo energía mecánica de una fuente exterior, la transforma en una energía de presión transmisible de un lugar a otro de un sistema hidráulico a través de un líquido cuyas moléculas estén sometidas precisamente a esa presión. Los sistemas de bombeo hidráulico proporcionan una flexibilidad extraordinaria en la instalación y capacidad de funcionamiento para cumplir una amplia gama de requerimientos de extracción artificial. La instalación de la potencia superficial puede ponerse en un lugar central para servir a pozos múltiples, o como una unidad conveniente montada sobre patín localizada en el lugar del pozo individual. El requerimiento de equipo mínimo en el cabezal del pozo acomoda de cerca el pedestal de perforación espaciado de cerca, o las terminaciones de plataforma, así como los requerimientos superficiales de perfil bajo

Estructura interna de una bomba hidráulica tipo pistón

Características del BH

Apropiado para pozos profundos. Hasta 18000’. Excelente en pozos desviados. Buena flexibilidad a los caudales de producción. Aplicable a procesos automatizados. Fácil remoción de la bomba para efectuar limpieza. Facilita la inyección de químicos.

Requiere gran cantidad de aceite en el sistema de energía. Los costos de instalación y equipos son muy altos. No es fácil localizar daños en el equipo.

Factores que afectan el funcionamiento

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.

Principio de funcionamiento

El bombeo hidráulico se basa en un principio sencillo: Ley de Pascal, la cual expone que La presión ejercida sobre la superficie de un fluido se transmite con igual intensidad en todas las direcciones. Así se trasmite presión desde un equipo de bombeo centralizado o individual en la superficie a través de una tubería llena de líquido, hasta cualquier número de pozos petroleros. Aplicando este principio es posible inyectar desde la superficie un fluido a alta presión que va a operar el pistón motor de la unidad de subsuelo en el fondo del pozo. Este fluido conocido como fluido de potencia o fluido motor, es utilizado por una bomba de Bombeo Hidráulico subsuelo que actúa como un transformador para convertir la energía de dicho fluido a energía Tipo Pistón potencial o de presión en el fluido producido que es enviado hacia la superficie

Funcionamiento del BH

El crudo (o agua) se toma del tanque de almacenamiento y se alimenta a la bomba Triple/Múltiple. El fluido de potencia, ahora con la presión aumentada por la bomba triple, está controlada por las válvulas en la estación de control y distribuida en uno o más pozos. El fluido de potencia pasa a través de las válvulas del cabezal del pozo y es dirigido a la bomba hoyo abajo. En una instalación de bomba de pistón, este fluido de potencia acciona el motor que a su vez acciona la bomba. El fluido de potencia regresa a la superficie con el crudo producido y es enviado por tubería a tanque de almacenamiento.

Segmentos funcionales del BH

a) Almacenamiento del fluido de potencia: El sistema de tanque depurador, donde el crudo de potencia mezclado y la producción regresan del (los) pozo(s) con el crudo que la bomba triple toma de la parte superior del tanque.

b) Máquina motriz: Motor eléctrico, de gas o diésel.

c) Bomba superficial: Bombas triple/múltiple de alta presión están diseñadas especialmente para este fin.

d) Estación de control: El fluido de potencia se puede dirigir a un múltiple de distribución a cualquier distancia de la planta y de allí se puede controlar la velocidad de la bomba de cada pozo de entre muchos.

e) Cabezal del pozo: La ausencia del equipe móvil permite muchas disposiciones de cabezales de pozo; arriba o abajo del suelo, arriba o abajo del agua, etc.

f) Configuraciones subterráneas: Una variedad de sistemas hoyo abajo se pueden utilizar. Dos tipos básicos son el de "tubería de revestimiento libre" y el “libre paralelo".

g) Bomba hoyo abajo: El principio de operación del diseño de una bomba de pistón hoyo abajo es extremadamente simple. El motor es accionado por el fluido de potencia controlado por la válvula del motor. El pistón del motor lleva una varilla (que acciona hidráulicamente la válvula) que conecta al pistón de la bomba. El diseño Kobe utiliza varillas y pistones que son huecos de modo que la misma presión del fluido de potencia se ejerce en las mismas áreas superior e inferior, de modo que el conjunto esta siempre en equilibrio hidráulico total.

Equipos de superficie

1. Tanques de almacenamiento, tanques de lavado, separadores y/o tratadores

Cuando se utiliza petróleo como fluido de potencia en un sistema abierto, dicho fluido se obtiene de tanques de almacenamiento o de oleoductos, de donde se suministran al sistema de bombeo o de distribución. Si se está en un sistema cerrado, el fluido de potencia, bien sea agua o petróleo es manejado en un circuito cerrado, el cual debe disponer de su propio tanque de almacenamiento y equipos de limpieza de sólidos, estos equipos operan independientemente de las operaciones en las estaciones de producción.

• Tanque separador: Es aquel tanque donde el crudo de potencia mezclado y la producción regresan de los pozos con el crudo que la bomba toma de la parte superior del tanque.

• Unidad de potencia: Es el sistema que suministra la potencia necesaria para el funcionamiento de la unidad de inyección y de la unidad de cierre. Los principales tipos de sistemas de potencia se pueden clasificar como.

a) Sistema de motor eléctrico con unidad reductora de engranajes.b) Sistema de motor hidráulico con unidad reductora de engranajes.c) Sistema hidráulico directo.

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2. Bombas de superficie

Las bombas utilizadas en este tipo de levantamiento para bombear el fluido motor pueden ser triples o múltiples. Las que se emplean generalmente, son las triples.

✓ Bombas triples: estas bombas usan: émbolo, camisa de metal a metal, válvula tipo bola.

✓ Bombas múltiples: tienen un terminal de potencia y una de fluido. El terminal de potencia comprende, entre otras partes: el cigüeñal, la biela y los engranajes.

3. 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

El terminal de fluido está formado por pistones individuales, cada uno con válvulas de retención y descarga. Usualmente, estas válvulas están provistas de resorte. Las bombas múltiples más comúnmente instaladas en el campo son las de configuración horizontal todos los sistemas de bombeo libre es la de cuatro vías o válvula control del cabezal del pozo.

4. Válvula de control

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.

Válvula de control

5. Lubricador

Es una pieza de tubería extendida con una línea lateral para desviar el flujo de fluido cuando se baja o se extrae la bomba del pozo. También se utiliza para controlar la presencia de gases corrosivos que pueden obstaculizar la bajada de la bomba o su remoción del pozo.

Lubricador hidráulico

Equipos de subsuelo

1. 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. El transporte del fluido motor y del fluido producido se realiza a través de un sistema de tuberías que depende del tipo de sistemas de fluido o de potencia: bien sea de fluido cerrado o de fluido abierto.

2. Sistema de fluido cerrado (FMA): 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 y otra del fluido de producción.

3. Sistema de fluido abierto: En el sistema abierto, el fluido motor se mezcla con el fluido del pozo, lo cual hace necesario el uso de dos tuberías en el fondo: una para inyectar el fluido de potencia y otra para el retorno de la mezcla.

4. Bombas hidráulicas: Constituyen el principal componente del sistema en el fondo del pozo. El principio de operación de estas bombas es similar al de las bombas de cabillas. Utilizan un pistón accionado por cabillas y dos o más válvulas de retención. La bomba puede ser de simple acción o de doble acción. Una bomba de acción simple sigue prácticas de diseño similares a las de una bomba de cabillas. Se denomina de acción simple porque desplaza el fluido

hasta la superficie, en el recorrido ascendente o en el descendente (no en ambos).

Una 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, con la acción combinada de apertura y cierre de las válvulas de succión y de descarga del pistón.

Ventajas y desventajas del BH

Ventajas DesventajasPueden ser usados en pozos profundos (+/- 18000 pies).

Costo inicial alto

No requieren taladro para remover el equipo de subsuelo.

El diseño es complejo.

Puede ser utilizado en pozos desviados, direccionales y sitios

inaccesibles.

Las instalaciones de superficie presentan mayor riesgo, por la presencia de altas presiones

Varios pozos pueden ser controlados y operados desde una instalación

central de control.

Altos costos en la reparación del equipo

Puede manejar bajas concentraciones de arena.

Problemas de corrosión

No es recomendable en pozos de alto RGP.

Capacidades de funcionamiento

Caudales de producción desde 100 hasta 15.000 BPD, ajustables en la superficie, del 20 a 100% de capacidad.

Profundidades de operación mayores de 15.000 pies.

Selección de bombas de chorro de pistón de desplazamiento positivo para que funcionen en tubos de 2" a 4 pulgadas.

Las bombas de desplazamiento positivo pueden lograr máximo volumen de desagüe remanente.

Las bombas de chorro manejan altas relaciones de gas/petróleo, y fluidos del pozo que son arenosos, corrosivos o de alta temperatura.

Uso del agua o crudo producido como fluido de potencia.

Sistemas de fluido de potencia cerrados para que las instalaciones de la bomba de pistón aíslen el fluido de potencia de la producción.

Las bombas de chorro y de pistón pueden encajar intercambiadas en el mismo conjunto del fondo del pozo de "bomba libre”.