PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS Profa. Ing. Carmen Cabello

MÉTODOS DE PRODUCCIÓN PRODUCCION DE HIDROCARBUROS La selección dependerá de  una serie de factores, que van desde la geometría del pozo hasta las propiedades del fluido, por eso se debe estudiar cada pozo de forma individual. Levantamiento artificial por gas (GAS LIFT) Bombeo electrosumergible (BES) Bombeo de cavidad progresiva (BCP) Bombeo mecánico (Balancín) Bombeo hidráulico Minimizar los requerimientos de energía en la cara de la formación productora, con el objeto de maximizar el diferencial de presión a través del yacimiento y provocar de esta manera, la mayor afluencia de fluidos, sin que se generen problemas de producción PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS GAS LIFT MÉTODOS DE PRODUCCIÓN El gas es inyectado en un punto de la columna de fluidos en la tubería de producción. Al inyectar gas la presión ejercida por la columna se reduce y el pozo es capaz de fluir debido a: • Reducción del gradiente del fluido (La presión de fondo fluyente disminuye). • Expansión del gas inyectado. • Arrastre de los fluidos por la expansión del gas comprimido. PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

MÉTODOS DE PRODUCCIÓN LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS GAS LIFT LAG CONTINUO Se obtiene aumento de la diferencia de presión, para obtener mayor producción Se inyecta a través de válvulas colocadas en el pozo Inyección continua de gas en la columna de fluido del pozo índices de productividad mayores a 0,5 bpd/lpc) capaces de aportar altas tasas de producción (mayores de 200 bpd). La tasa de inyección depende de la tasa de producción deseada PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

MÉTODOS DE PRODUCCIÓN LAG INTERMITENTE PRODUCCION DE HIDROCARBUROS Cesa la inyección para que la Pwf baje y aporte un nuevo tapón Inyección cíclica de altos volúmenes de gas Se induce desplazamiento de tapones de crudo (índices de productividad menores a 0,3 bpd/lpc) que no son capaces de aportar altas tasas de producción (menores de 100 bpd). PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

MÉTODOS DE PRODUCCIÓN PRODUCCION DE HIDROCARBUROS Inicialmente la válvula operadora está cerrada, la válvula de retención en el fondo del pozo se encuentra abierta permitiendo al yacimiento aportar fluido hacia la tubería de producción. El tiempo requerido para que se restaure en la tubería de producción el tamaño de tapón adecuado depende fuertemente del índice de productividad del pozo, de la energía de la formación productora y del diámetro de la tubería. la presión del gas en el anular debe alcanzar a nivel de la válvula operadora, el valor de la presión de apertura (Pod) iniciándose el ciclo de inyección de gas en la tubería de producción para desplazar al tapón de líquido en contra de la gravedad, parte del líquido se queda rezagado en las paredes de la tubería Al cerrar la válvula operadora por la disminución de presión en el anular el gas remanente en la tubería se descomprime progresivamente permitiendo la entrada de los fluidos del yacimiento hacia el pozo nuevamente PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

MÉTODOS DE PRODUCCIÓN RECORRIDO DEL GAS PRODUCCION DE HIDROCARBUROS El sistema de LAG está formado por un sistema de compresión, una red de distribución de gas a alta presión, equipos de medición y control del gas comprimido, los pozos conjuntamente con sus mandriles, válvulas de descarga y válvula operadora, y la red de recolección del gas a baja presión PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE(BES) MÉTODOS DE PRODUCCIÓN BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE(BES) Transmite en forma de presión la energía de un motor La unidad se encuentra suspendida en la tubería de producción El tamaño de la bomba esta limitado a los diámetros del revestidor No es recomendado en pozos con alto RGP Permite manejar grandes volúmenes de fluido Es un sistema que se basa en la utilización de bombas de subsuelo de tipo centrífuga de múltiples etapas ubicadas en el fondo del pozo. condiciones: altas tasas de producción, alto índice de productividad, baja presión de fondo, alta relación agua – petróleo, y baja relación gas – líquido (RGL). En caso de alta RGL, se puede emplear este método utilizando un separador de gas PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

BOMBEO DE CAVIDAD PROGRESIVA(BCP) MÉTODOS DE PRODUCCIÓN BOMBEO DE CAVIDAD PROGRESIVA(BCP) Compuesto de una sarta que gira a una velocidad constante para accionar la bomba y levantar el fluido Bombea flujo continuo, maneja crudos viscosos y altos caudales No es recomendable en pozos con T >180º No es recomendado en pozos desviados Permite manejar grandes volúmenes de fluido Este tipo de bombas se caracteriza por operar a baja velocidades y permitir manejar altos volúmenes de gas o sólidos en suspensión, así como también son ideales para manejar crudos pesados y extrapesados. PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

BOMBEO MECANICO(BALANCIN) MÉTODOS DE PRODUCCIÓN BOMBEO MECANICO(BALANCIN) Utiliza bomba en el subsuelo de acción reciprocante Se aplica a cualquier tipo de crudo y maneja grandes cantidades de agua Es aplicado en completaciones sencillas y múltiples Es afectado por la producción de arena y gas No se puede usar costa afuera, y altos costos de mantenimiento La bomba es accionada por medio de varillas que le transmiten el movimiento del balancín (movimiento de vaivén) por medio de la biela y la manivela, las que se accionan a través de una caja reductora movida por un motor. PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

MÉTODOS DE PRODUCCIÓN PRODUCCION DE HIDROCARBUROS La Unidad de Bombeo en superficie MÉTODOS DE PRODUCCIÓN Clase I: comúnmente denominados como Unidad Convencional de Bombeo. Este tipo de unidad se caracteriza por tener el punto de apoyo de la viga viajera cerca de la cabeza del balancín. PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

MÉTODOS DE PRODUCCIÓN PRODUCCION DE HIDROCARBUROS Clase III: la geometría de este tipo de unidades se caracteriza por tener el punto de apoyo de la viga viajera al final de ésta, es decir, lejos de la cabeza del balancín. Dentro de esta clase se ubican las unidades balanceadas por aire y las conocidas como Lufkin Mark II. PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

CARACTERISTICAS Y NOMENCLATURA DE LAS UNIDADES DE BOMBEO API a) Tipo de unidad de bombeo, nomenclatura. Balanceado por aire ( A ) Balanceado en la viga viajera ( B ) Balancín convencional ( C ) Balancín Unitorque, Mark II ( M) b) Capacidad de la caja de engranajes, en miles de Libras – pulgadas. Significa el torque máximo que puede resistir la caja de transmisión. Este valor numérico se acompaña con una letra que identifica el tipo de reducción del sistema de engranajes: Simple (S), doble (D) o triple (T). La figura, ilustra una vista cubierta y descubierta de una caja de engranajes de doble reducción.

c) Capacidad estructural, en cientos de libras. Se refiere a la máxima carga permisible en la viga viajera. La figura presenta la zona de tensión crítica de la estructura. d) Carrera máxima, en pulgadas. Representa la longitud máxima de la embolada del balancín. La figura, muestra las carreras disponibles para una determinada unidad de bombeo con cuatro posiciones en la manivela; en este caso está en el tercer hueco. Estará en carrera máxima cuando los brazos estén conectados en el último (4to. Hueco) Ejemplo: C-228D - 200 - 74 La letra C, significa que es un balancín convencional, con una caja de engranajes de doble reducción y una torsión de 228 Mlbs – pulgs, una capacidad estructural permisible de 20 Mlbs y una carrera máxima de 74 pulg.

MÉTODOS DE PRODUCCIÓN La Bomba de subsuelo PRODUCCION DE HIDROCARBUROS Cuando el balancín está en el punto muerto inferior sus válvulas fija y viajera se hallan cerradas. Al comenzar la carrera ascendente, la presión de fondo y el efecto de succión del pistón permite la apertura de la válvula fija; el fluido pasa del pozo hacia el interior de la bomba. Al mismo tiempo, la columna de fluido ejerce una presión sobre la válvula viajera y permanecerá cerrada durante la carrera ascendente. El fluido continúa llenando la bomba hasta que el pistón llega hasta el punto muerto superior. La válvula fija cierra y comienza la carrera descendente, el pistón se mueve hacia abajo y produce un efecto de compresión. Cuando la presión interna es superior a la que existe sobre la válvula viajera, esta se abre y el fluido es transferido al pistón hasta llegar al punto muerto inferior, donde se repite el ciclo de bombeo. PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

MÉTODOS DE PRODUCCIÓN BOMBEO HIDRÁULICO PRODUCCION DE HIDROCARBUROS Esta la de bomba reciprocante y la tipo jet Es aplicable a pozos profundos Maneja altas tasas de producción Se puede usar en pozos desviados Es recomendable para ser usado en crudos pesados Puede manejar grandes cantidades de arena y partículas sólidas, además puede ser instalado a grandes profundidades (hasta 18000pies). También es capaz de manejar crudos de alta viscosidad, siempre que se esté utilizando crudo como fluido de potencia. PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

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MÉTODOS DE PRODUCCIÓN PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

MÉTODOS DE PRODUCCIÓN PREGUNTAS.??? PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

SISTEMA DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL Principios Utilizados: Alterar las propiedades físicas del fluido. Agregar diferencial de presión necesario mediante el uso de bombas. La selección dependerá de  una serie de factores, que van desde la geometría del pozo hasta las propiedades del fluido, por eso se debe estudiar cada pozo de forma individual.

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS CONVENCIONALES LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS El Levantamiento Artificial por Inyección de Gas es un método de producción que utiliza gas comprimido a alta presión como fuente externa de energía. El gas es inyectado en un punto de la columna de fluidos en la tubería de producción. El gas inyectado tiene como propósito aligerar o desplazar la columna de fluidos, reduciendo su peso Al inyectar gas la presión ejercida por la columna se reduce y el pozo es capaz de fluir debido a: • Reducción del gradiente del fluido (La presión de fondo fluyente disminuye). • Expansión del gas inyectado. • Arrastre de los fluidos por la expansión del gas comprimido.

TIPOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS *         INYECCIÓN DE GAS POR FLUJO CONTINUO: Se considera una extensión del método de producción por flujo natural: esto consiste en suplir el gas de formación mediante la inyección continua de gas en la columna de fluidos, con la finalidad de aligerar el peso de ésta. *         INYECCIÓN DE GAS POR FLUJO INTERMITENTE: Se inyecta cíclica e instantáneamente un alto volumen de gas comprimido en la tubería de producción, con el propósito  de desplazar, hasta la superficie, la columna o tapón de fluido que aporta la arena por encima del punto de inyección.

* EQUIPOS DE SUPERFICIE a)   PLANTA COMPRESORA: Es donde se realiza el proceso de comprimir el gas de baja a alta presión. Puede ser Centrífuga (turbina) o Reciprocante (motocompresor). Recibe el gas de baja, el cual puede provenir de los pozos, lo comprime a su capacidad, lo envía como gas  de alta presión a la red de distribución y, de allí, a cada pozo. b)   SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE GAS: La red de distribución, la cual puede ser del tipo ramificado o poseer un múltiple de distribución, es la encargada de transportar el gas y distribuirlo a cada pozo. La presión y el volumen de gas que llega al pozo dependerá de la presión y el volumen  disponibles en la planta compresora, menos la pérdida que se origina en el sistema de distribución. c)     SISTEMA DE RECOLECCIÓN DE FLUIDOS: Está formado por las líneas de flujo, encargadas de transportar el fluido hacía el separador, donde se separan la fase líquida, la cual es transportada a los tanques, y la fase gaseosa, que es enviada a la planta compresora.

EQUIPO DE SUBSUELO a)     MANDRILES: Son tuberías con diseños especiales. En sus extremos poseen roscas para conectarse a la sarta de producción formando, de este modo, parte integrada de ella. Sirven de receptáculo para instalar la válvula de levantamiento o inyección a la profundidad que se necesite. b)    VÁLVULAS La válvula de Levantamiento Artificial por Gas son básicamente, reguladores de presión. Deben ser diseñadas para operar en condiciones de fondo y ser capaces de inyectar el gas a la presión y volumen requeridos.

- Gran flexibilidad para producir con diferentes tasas VENTAJAS DEL MÉTODO DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS: -          Gran flexibilidad para producir con diferentes tasas -          Puede ser utilizado en pozos desviados usando mandriles especiales -          Ideal para pozos de alta  relación gas - líquido y con producción de arena -          Se pueden producir varios pozos desde una sola planta o plataforma -          El equipo del subsuelo es sencillo y de bajo costo -          Bajo costo de operación DESVENTAJAS DEL MÉTODO DE  LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS: -          Se requiere una fuente de gas de alta presión -          No es recomendable en instalaciones con revestidores muy viejos y líneas de flujo muy largas y de pequeño diámetro -          El gas de inyección debe ser tratado -          No es aplicable en pozos de crudo viscoso y/o parafinoso -          Su diseño es laborioso -          Aplicable a pozos de hasta   +  10.000 pies

PÁRAMETROS DE APLICACIÓN  DEL MÉTODO DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS: -          Una gran seguridad de compresión  requiere de  95% o más de tiempo de corrida. El gas debe estar deshidratado y dulce. -          Posee un costo bajo por pozo, el costo de compresión dependerá del costo del combustible y mantenimiento del compresor. La llave es inyectar  lo que más posible sea de RGL. -          Posee una excelente confiabilidad para sistemas de compresión bien diseñados y con buen mantenimiento -          Buen mercado para un buen compresor usado y algunos se dan como pago por su valor como mandriles y válvulas -          Buena Eficiencia. Incrementa para pozos que requieren pequeñas RGL de inyección. Baja eficiencia para pozos con alta  RGL de inyección. Eficiencia típica de 20% pero un rango de 5 a 30%.

BOMBEO MECÁNICO Es uno de los métodos de producción más utilizados (80-90%), el cual su principal característica es la de utilizar una unidad de bombeo de superficie para transmitir movimiento a la bomba de subsuelo a través de una sarta de variillas y mediante la energía suministrada por un motor eléctrico o de combustión interna.

UNIDAD DE BOMBEO CONVENCIONAL SISTEMA DE BOMBEO UNITORQUE TIPOS DE SISTEMAS DE BOMBEOS UNIDAD DE BOMBEO CONVENCIONAL SISTEMA DE BOMBEO UNITORQUE Los tamaños de las cajas de engranajes varían en el rango de 25 y 912 MLbs – pulg, y la longitud de las carreras entre 12 y 168 pulgs. El tamaño de la caja de engranajes varía desde 114 MLbs – pulg. Hasta 1280 MLbs – pulg. Y el rango de longitud de carrera entre 64 y 216 pulgs.

SISTEMA DE BOMBEO BALANCEADO POR AIRE UNIDAD HIDRAULICA DE BOMBEO Estas unidades, son más resistentes a cargas que las convencionales y los torques de las cajas de engranajes varían desde 114 hasta 2560 MLbs – pulg. Por otra parte, también es mayor el rango de longitud de embolada (de 64 a 240 pulgs.)

Componentes del Sistema: Ejemplo: C-228D - 200 - 74 La letra C, significa que es un balancín convencional, con una caja de engranajes de doble reducción y una torsión de 228 Mlbs – pulgs, una capacidad estructural permisible de 20 Mlbs y una carrera máxima de 74 pulg. Componentes del Sistema: Componentes de Superficie: Unidad de Bombeo  Unidad de potencia Cabezal de producción Barra Pulida Caja de Engranaje

SEPARADOR DE GAS (OPCIONAL) Componentes de Subsuelo: BOMBA DE SUBSUELO ANCLA MECÁNICA VARILLAS DE SUCCIÓN. SEPARADOR DE GAS (OPCIONAL)

CARTAS DINAGRÁFICAS: Carta dinagráfica es un registro que presenta las cargas instantáneas en la barra pulida a diferentes posiciones durante el ciclo de bombeo.

RANGO DE APLICACIÓN Se encuentra entre 20 y 2000 BPD. Solo se utiliza en pozos unidireccionales. Se utiliza en pozos con temperaturas no mayores a 500 ºF. Gravedad API comprendida entre 8,5º y 40º. Relación gas-petróleo de 500 PCN/BN. Viscosidad menor de 10.000 cps

Ventajas: Fácil de operar y de hacer mantenimiento Se puede cambiar fácilmente de tasa de producción por cambio en la velocidad de bombeo. Puede bombear el pozo a una muy baja presión de entrada para obtener la máxima producción. Usualmente es la más eficiente forma de levantamiento artificial. Se puede fácilmente intercambiar de unidades de superficie. Se puede usar motores a gas como movedores primarios si la electricidad no esta disponible. Se puede usar la bomba con el control apagado para minimizar la carga del fluido, costos de electricidad y las fallas de varilla. Aplica para completaciones sencillas y multiples Bombea crudos viscosos y a altas temperaturas Desventajas: Es problemático en pozos con alta desviación y es limitado hasta 16000 pies de profundidad. No puede ser usada en pozos costa afuera por los grandes equipos de superficie y la limitada capacidad de producción es comparada con otros métodos. No puede funcionar con excesiva producción de arena y presencia de gas La eficiencia volumétrica cae drásticamente cuando se tiene gas libre. La tasa de producción cae con la profundidad comparado con otros métodos de levantamiento artificial Es obstrusivo en áreas urbanas.

NO CONVENCIONALES . BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE Se considera un método de levantamiento artificial, que utiliza una bomba centrífuga ubicada en el subsuelo para levantar fluidos aportados por el yacimiento desde el fondo del pozo hasta la estación de flujo. La principal función del sistema de bombeo electrosumergible para la extracción del petróleo, es proporcionar la energía adicional al fluido del yacimiento mediante el uso de bombas centrifugas multi-etapa, donde su caudal de operación es controlado mediante variadores de velocidad instalados en la superficie del pozo.

PARÁMETROS DEL BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE: -          Temperatura: limitado por  > 350ºf para motores y cables especiales. -          Presencia de gas: saturación de gas libre < 10% -          Presencia de arena: < 200 ppm (preferiblemente 0) -          Viscosidad: limite cercano a los 200  cps. -          Profundidad: 6000 - 8000 pies -          Tipo de completación: Tanto en pozos verticales, como desviados. -          Volumen de fluido: hasta 4000 BPD. Los componentes en la superficie son: Cabezal del Pozo Caja de Venteo (Caja de Empalme) Transformadores Controlador del Motor Electrosumergible (Variador de Velocidad VSD) Los componentes de subsuelo son: Tubería de producción Bomba centrifuga de etapas múltiples. separador de gas. Protectores. Motor eléctrico, que se encuentra en la parte inferior y provee la potencia necesaria para mover la bomba. Cable de potencia.

DESVENTAJAS DEL BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE: -          Puede levantar altos volúmenes de fluidos -          Maneja altos cortes de agua( aplicables en costa a fuera) -          Puede usarse para inyectar fluidos a la formación. -          Su vida útil puede ser muy larga. -          Trabaja bien en pozos desviados -          No causan destrucciones en ambientes urbanos -          Fácil aplicación de tratamientos contra la corrosión y formaciones de escamas. DESVENTAJAS DEL BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE: -          Inversión inicial muy alta. -          Alto consumo de potencia. -          No es rentable en pozos de baja producción. -          Los cables se deterioran al estar expuestos a temperaturas elevadas. -          Susceptible a la producción de gas y arena. -          Su diseño es complejo. -          Las bombas y motor son susceptibles a fallas.

BOMBEO DE CAVIDAD PROGRESIVA Este método consiste en el desplazamiento positivo de un volumen, ocasionado por una diferencia de presión producto de la transformación de la energía cinética en potencial cuando se combina el movimiento longitudinal a lo largo del mismo. Cuando el rotor gira en el interior del estator estas cavidades se desplazan axialmente desde el fondo del estator (succión) hasta la descarga, generando de esta manera el bombeo por cavidades progresivas.

PARAMETROS DE APLICACIÓN: -          Por ser un pozo reciente se tiene poca experiencia y conocimiento de campo. -          Usado principalmente en el desagüe de pozos de gas. -          Limitados solo para yacimientos pocos profundos, posiblemente 5000pies. -          No es posible usar dinamómetros y cartas de apagado de bombas -          Limitado por el elastómero del estator, se usa por debajo de 250*f. -          Restringidos para tasas relativamente pequeñas. VENTAJAS DEL BCP: -          Bajo costo de instalación. -          Bombea crudo de alta y baja gravedad API. -          Puede manejar hasta 100% de agua. -          El equipo de superficie puede ser transportado, instalado y removido fácilmente. -          Aumenta la vida útil de las cabillas. -          Opera con bajo torque. -          Bajo consumo de energía eléctrica. -          Bajos costos de mantenimiento. En la comunidad presenta mejor estética. DESVENTAJAS DEL BCP: -          Su profundidad de operaciones recomendada es de 4000pies. -          Requiere suministro de energía eléctrica. -          No se recomienda en pozos de mas de 180*f. -          La tasa máxima manejada es de 500 Bpd. -          Su eficiencia disminuye drásticamente en pozos con altas RGL. -          El material elastómero es afectado por crudos con aromáticos.

*         EQUIPO DE SUBSUELO: -          Sarta de cabilla: -          Tubería de producción. -          Ancla de gas. -          Bomba. -          Nicle de paro.          EQUIPO DE SUPERFICIE: -          Cabezal giratorio. -          Prensa estopa y barra pulida. -          Sistema de transmisión de energía,