diseÑo, diagnostico, optimizacion, instalacion y analisis de fallas de sistemas pcp

AGENDA

DISEO,DIAGNOSTICO,OPTIMIZACION,INSTALACIONYANALISISDEFALLASDE

SISTEMASPCP

UNIVERSIDADINDUSTRIALDESANTANDER

24Y25DEFEBRERODE2012

PRIMERASESION:

PresentacindelCursoydelPanel.

GENERALIDADESa.EntornoMundialb.ConceptosBsicosdeProduccin

Break

CARACTERISTICASDELSISTEMADELEVANTAMIENTOa.DescripcindelosComponentesb.NomenclaturaBombasPCP

Almuerzo

CONSIDERACIONESDEDISEOa.ManejodePCPumpdeCFERb.PruebasdeCompatibilidaddeFluidosc.TestBenchoPruebadeEficiencia"

AGENDA

SEGUNDASESION:

INSTALACINDELSISTEMAa.ArmadodelBHAb.Espaciamientoc.InstalacinyarranquedelEquipodesuperficie

Break

DIAGNOSTICOYOPTIMIZACINDELSISTEMA

Almuerzo

ANLISISDEFALLADESISTEMASPCPa.InspeccinvisualyBoroscpicab.TiposdeFalladeSistemasPCPc.CausadeFalladeSistemasPCP

FallasdeElastmero FallasdeRotor

CONCLUSIONES

AGENDA

ANTECEDENTESYENTORNOMUNDIAL

4. Moineau fundo PCM (Pompes Compressures Mecanique) en 1932.5. Licencias originales con Moyno Pumps y Robbins Myers6. Emergencia Gradual del ALS dentro de la Industria, desde los 1980s7. En la Actualidad, aproximadamente 50.000 a 55.000 Pozos a lo largo

del mundo se encuentran operando con PCP

1. Desarrollada en los aos20s por el IngenieroAeronutico francs ReneMoineau

2. Patentada en 19303. Conocida como bomba de

tornillo, Bomba Moineauo Bomba de CavidadesProgresivas.

RELACINPRODUCCIN RESERVAS

PRODUCCIONDIARIADEPETROLEOProduccindeCrudo 91 MBls/daProduccindeCrudo 14.9 MTons/da

PRODUCCIONACUMULADADECRUDOProduccinAcumulada 31,025 MBls/aoProduccinAcumulada 863,2 MTon/ao

RESERVASReservasProbadas 1241,000 MBls

RELACINRelacinReservas Produccin40 Aos

CRUDOPESADOYBITUMENRECUPERABLE

VENTAJASDELALS1. Produccin de fluidos viscosos, con altas concentraciones de slidos y moderado

contenido de gas libre.

2. Bajos Costos de CAPEX y OPEX

3. Produccin de Pozos con Bajos IPR

4. No tiene vlvulas lo que impide el bloqueo por gas.

5. Buena resistencia a la abrasin

6. Consumo de energa continuo y de bajo costo.

7. Fcil de instalar y operar.

8. Bajo mantenimiento de operacin.

9. Bajo nivel de ruido

LIMITACIONESDELALS1. Mxima Tasa de produccin: 800 m3/da (5.000 Bbl/da)

2. Mximo levantamiento: 3000 m (9.800 ft)

3. Mxima temperatura: Temperatura de operacin de hasta 210 F (mximo 350 F).

4. Sensibilidad a los fluidos de exposicin.

5. El elastmero tiende a hincharse o deteriorarse cuando es expuesto al contacto conciertos fluidos (aromticos, aminas, H2S, CO2, etc.).

6. Baja eficiencia del sistema cuando existe alto contenido de gas libre.

7. Tendencia del estator a daarse si trabaja en seco, an por perodos cortos.

8. Desgaste de Varillas y tubera en pozos altamente desviados.

9. Tendencia a alta vibracin si el pozo trabaja a altas velocidades.

CONCEPTOSBSICOSVARIABLE DESCRIPCIN COMENTARIOS

TubingHeadPressure.Unidades:lpc,bar,kgr/cm2(1)

CasingHeadPressureUnidades:lpc,bar,kgr/cm2

Distancia desde la superficie hasta elnivel del lquido en el anular revestidor tubera de produccin a condicionesestticas(2).Unidades:pies,metros,etc.Es la distancia desde la superficie hastael nivel del lquido en el anularrevestidor tubera de produccin acondicionesfluyentes(produccin).Unidades:pies,metrosMedida de la longitud de la tubera deproduccin mas la longitud de labomba.Unidades:pies,metrosDistancia desde la profundidad de labomba hasta el nivel de fluido esttico odinmico.Unidades:pies,metros

Nd NivelDinmico

PB Profundidaddelabomba.

H Columna de fluido sobre la bomba en elanular tubera de produccin revestidor.

THP Presin en la tubera de produccin enelcabezaldelpozo.

CHP Presin en el revestidor (anular) en elcabezaldelpozo.

Ne NivelEsttico

CONCEPTOSBSICOS

CONCEPTOSBSICOS

Presin de Yacimiento (Pr): Presin que induce el movimiento de loshidrocarburos desde el yacimiento hacia los pozos y desde el fondo de estos hastala superficie. De su magnitud depende que los Hidrocarburos lleguen hasta lasuperficie o por el contrario solo alcancen cierto nivel en el pozo.

Presin en el yacimiento ejercida por la columna esttica de fluido en el anulardel pozoUnidades: lpc, bar, kgr/cm2

Presin en el yacimiento ejercida por la columna fluyente de fluido en el anulardel pozoUnidades: lpc, bar, kgr/cm2

Produccin propiamente dicha, paracada Pwf corresponde una tasa deproduccin; cuando la Pwf es igual aPs, la tasa de produccin es cero.Unidades: bpd, m3/dPresin ejercida por la columna defluido sobre la bomba en el anulartubera de produccin revestidor.Unidades: lpc, bar, kgr/cm2

Es la suma de la presin a la entradade la bomba mas la adicional generadopor la misma.Unidades: lpc, bar, kgr/cm2

P1 Presin en la admisin de la bomba.

P2 Presin en la descarga de la bomba.

Ps Presin Esttica

Pwf Presin Fluyente

Q Tasa de Produccin

PCPSYSTEMCONFIGURATIONS

PCPSYSTEMCONFIGURATIONS

CABEZAL

CENTRALIZADORES

SARTADEVARILLASESTATORROTOR

PINDEPAROANCLAANTITORQUE

MOTOR

REVESTIMIENTOTUBERADEPRODUCCIN

DESCRIPCINDECOMPONENTESESTATOR: Carcasa de acero revestidainternamente por un elastmero(goma), moldeado en forma de hlicesenfrentadas entre s.

ELASTMERO: Polmero de alto pesomolecular con la propiedad dedeformacin y recuperacin elstica(resilencia).

COMPONENTES

ELASTOMEROS

FORMULACINDELOSCOMPONENTES

ELASTOMEROS

TIPOSDEELASTMEROS

Elastmeros para la Industria Petrolera.

* Caucho Nitrilo NBR (diferentes contenidos de Acrilonitrilo ACN).

* Caucho Nitrilo Hidrogenado (HNBR)

* Los Fluoroelastmeros (FKM)

Limitaciones en su aplicacin.

Fluidos Manejados: Presencia de agentes fsicos y qumicos:

Gravedad especifica (API) Presencia de arena (abrasin).

Corte de Agua. Solventes aromticos.

Relacin Gas/Liquido Presencia de CO2

Temperatura de fondo Presencia de H2S

COMPONENTES

ROTOR: tornillo sin fin, se conecta a la sarta devarillas. Se construye de acero de altaresistencia y cromado (lo que lo hace resistentea la abrasin). El espesor de la capa de cromovaria segn el fabricante.

PIN DE PARO: Se coloca en el extremo inferior delestator. Su funcin principal es la de servir depunto de referencia para las maniobras deespaciamiento del rotor. Adicionalmente brindala holgura necesaria para permitir el estiramientode la sarta de varillas bajo condiciones deoperacin e impedir que estas o el rotor lleguenhasta el fondo del pozo en caso de producirse unadesconexin o rotura en la sarta de varillas.

SEPARADOR DE GAS: Su funcin principal es la de separar el gas libre antes dela admisin (entrada) de la bomba, de manera de incrementar la eficiencia deesta.

COMPONENTES

COMPONENTES

ANCLA ANTITORQUE: Al girar la sarta devarillas hacia la derecha (vista desde arriba) lafriccin entre el rotor y el estator hace que latubera tambin tienda a girar hacia laderecha, en el sentido de su desenrosque.Este efecto puede originar la desconexin dela tubera, la utilizacin de un ancla de torqueevita este riesgo.

Este equipo se conecta debajo del niple deparo, se fija al Casing por medio de cuasverticales. Al arrancar la bomba el torquegenerado hace que las cuas se aferren alCasing impidiendo el giro del Estator.

COMPONENTES

VARILLAS DE BOMBEO: Son varillas de Acero enroscadas unas con otras pormedio de Couplings, formando una sarta que va desde la bomba hasta lasuperficie. Los dimetros mximos utilizados estn limitados por el dimetrodel Tubing.

CEBOLLAESPEJO CUADRANTEHOMBRO

PIN

ROSCA

ALIVIADORDETENSIONES

CUERPO

COMPONENTES

VARILLACONTINUAYHOLLOWROD

COMPONENTES

COMPONENTES

Coupling (CPLG)

Distancia

Concentracindeagentescorrosivos


VARILLA CONVENCIONAL VARILLA CONTINUA

CONDITION SRWITHCPLG CRFORCORROSIVEFLUID(W/OINHIBITOR)

CRFORMEDIUM CORROSIVEFLUID(W/OINHIBITOR)

TUBING WEAR 4 1 1

CORROSION FAILUREINTHEROD 2 3 4

1 = EXCELLENT / 2 = GOOD / 3 = FAIR / 4 = POOR

CON INHIBIDOR DE CORROSION NOSOTROS INCREMENTAMOS LA VIDA UTIL DE LA VARILLA CONTINUA, LO MAS PRACTICO ES INYECTAR CONTINUAMENTE CON BAJA CONCENTRACION


COMPONENTES

ACCESORIOS

Varilla inyectada Centralizadores Jack Coupling Composite BOP

COMPONENTES

HERRAMIENTASDEMANEJOPARAVARILLAS

Deben estar en buen estado:

Resortes en el Elevador Ganchos

Algunas varillas tienen que usar lubricante TOPCO

COMPONENTES

ACOPLESDEVARILLAS

Coupling Clase T: Utilizado en dondeni corrosin ni abrasin es esperado.

Coupling Tipo HiT: Utilizado enaplicaciones de alto torque

Subcoupling: Utilizado para cambiarde dimetro del pin. Se pueden utilizarsobre pony Rod, varillas y barra lisas.

Coupling PR: Utilizado para conectarla barra lisa por la ausencia de espejo.

COMPONENTES

El Shear Coupling es ubicado en la sarta con el fin deliberar la sarta en caso de atascamiento . Esteelemento evita el procedimiento de back-off

Como calcular la tensin para liberar:

1. Calcular el peso de la sarta de varillas

2. Calcular el overpull necesario para liberar

3. Tensionar la sarta

SHEARCOUPLING

COMPONENTES

En algunos casos cuando el volumen de gas libre a laentrada de la bomba es considerable (aun utilizandoun separador de gas) se hace necesario el uso de unTail Joint (tambin conocida como cola) la cualconsiste en instalar tubera, generalmente tubera deproduccin, desde el separador de gas hasta la mayorprofundidad posible, preferiblemente por debajo de labase de la arena productora.El propsito es simular la separacin natural de gas,en la cual por diferencia de densidades este tiende asubir por el espacio anular hacia el venteo o la lneade produccin y los lquidos entraran por la colahacia la bomba.

T

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Gas

Liquido

TUBERIA DE COLA (Tail Joint):

COMPONENTES

ROTADORDETUBERIA:

existen manuales y automatizados, su funcinprincipal es que el desgaste en el cuerpo internode la tubera con la varilla sea uniforme,manejando un tiempo o frecuencia de rotacin.

SWIVEL:

equipo auxiliar al rotador de tubera, que seinstala encima de la PCP, y su funcin principales rotar la tubera, sin girar la PCP.

COMPONENTES

DRIVEHEAD(CABEZALDEACCIONAMIENTO)

CABEZAL DE ROTACIN: Equipo deaccionamiento mecnico instalado en lasuperficie directamente sobre la cabezade pozo. Consiste en un sistema derodamientos o cojinetes que soportan lacarga axial del sistema, un sistema defreno (mecnico o hidrulico) y unensamblaje de instalacin que incluye elsistema de empaque (Stuffing Box)para evitar la filtracin de fluidos atravs de las conexiones de superficie.

COMPONENTES

COMPONENTES

MOTORELECTRICO

COMPONENTES

STUFFINGBOX

COMPONENTES

PUMPINGTEE(BOP)

COMPONENTES

VARIADORDEFRECUENCIA

COMPONENTES

Este equipo varia la frecuencia de la corriente aplicada al motor elctrico.Al variar la frecuencia, varia la velocidad de rotacin del motor ya queambas son directamente proporcionales.

VARIADORDEFRECUENCIA(VFD)

COMPONENTES

EntrelasproteccionesquebrindanlosVDFpuedenmencionarse: Sobrecarga(sobrecorriente)ysubcarga Sobreybajovoltaje Cortocircuitoentrefaseyfase,faseaneutro,lasfasesytierra,enlassalidasdel

variadorydelas fuentesinternasyenlassalidas/entradasanalgicasydigitales. Fallooprdidadefaseyfallainterna Sobretemperaturadelmotory/odelvariador. Sobretorqueporrotordelmotorbloqueadooatascamientodelosequiposdesubsuelo LmitesprogramablesdevelocidadydeTorque

NOMENCLATURA

Seleccin de Bombas de Cavidades ProgresivasSeleccin de Bombas de Cavidades Progresivas

Rango PCP PCM

NOMENCLATURA

Seleccin de Bombas de Cavidades ProgresivasSeleccin de Bombas de Cavidades Progresivas

TallasdeRotoresDisponibles

DiametroMayor

DiametroMenor

ROTOR TEMPERATURA SIZE N

- 45C/ -50F 01

-30C/-20F 02

-15C/-5F 03

0C/32F 04

15C/60F 05

30C/90F 06

50C/120F 07

65C/150F 08

80C/175F 09

95C/200F 10

110C/230F 11

125C/255F 12

140C/280F 13

155C/310F 14

TESTBENCH

Prueba hidrosttica que buscadeterminar la eficiencia volumtricade cada bomba PCP. Con el fin deestimar el comportamiento en el pozo.

PRUEBADEEFICIENCIA

FECHA DE PRUEBA

MODELO 30 1300 FABRICANTE PCM COND PCP NUEVA TALLA DE ROTOR W07 TORQUE MOTOR TORQUE GEAR375,1428571 2873,594286

ELASTOMERO 159 DESPL NOM BFD/RPM 0,38 CABEZA NOM PSI 1846,31 SN ROTOR: AK3322,00 SN ESTATOR LDA 434 LDC 157

VOL PRUEBA LT 8 TEMP PRUEBA F 115 CONST 0,05032

RPM BFPD / RPM BFPD HEAD (PSI) % EF VOL % EF NOM TIEMPO (SEG) TORQUE LB X FT % TORQUE150 0,35 52,29 0 100,00% 92,36% 83,15 101 3,5%150 0,35 51,89 435 99,24% 91,66% 83,79 109 3,8%150 0,34 51,35 942 98,20% 90,71% 84,67 118 4,1%150 0,34 50,34 1450 96,27% 88,92% 86,37 129 4,5%150 0,32 47,32 1740 90,51% 83,60% 91,87 144 5,0%

RPM BFPD / RPM BFPD HEAD (PSI) % EF VOL % EF NOM TIEMPO (SEG) TORQUE LB X FT % TORQUE300 0,34 102,95 0 100,00% 90,93% 42,23 101 3,5%300 0,34 102,66 435 99,72% 90,67% 42,35 109 3,8%300 0,34 101,44 942 98,53% 89,59% 42,86 118 4,1%300 0,33 99,42 1450 96,57% 87,81% 43,73 129 4,5%300 0,32 95,32 1740 92,59% 84,19% 45,61 144 5,0%

I. INFORMACION DE LA PCP

II. INFORMACION CONDICIONES DE LA PRUEBA

III. RESULTADOS DE LA PRUEBA

1300

PRUEBA RENDIMIENTO PCP A DIFERENTES CABEZAS DE PRESION Y RPMRH 53.02

DEZPLAZAMIENTO (m3/D/RPM) 30 CABEZA (m)

05/02/2010 No. CONSECUTIVO DE PRUEBA:

NUMERO ELEMENTOS ESTATOR

PRUEBADECOMPATIBILIDAD

El elastmero es sometido a unenvejecimiento acelerado, bajocondiciones de laboratorio con el finde realizar la mejor seleccin yaplicacin para el pozo.



CriteriosdeAceptacin:

ENSAYODEENVEJECIMIENTODEELASTMEROS

AnlisisdeResultados:

SEGUNDASESION

INSTALACINDELSISTEMAa.ArmadodelBHAb.Espaciamientoc.InstalacinyarranquedelEquipodesuperficie

Break

DIAGNOSTICOYOPTIMIZACINDELSISTEMA

Almuerzo

ANLISISDEFALLADESISTEMASPCPa.InspeccinvisualyBoroscpicab.TiposdeFalladeSistemasPCPc.CausadeFalladeSistemasPCP

FallasdeElastmero FallasdeRotor

CONCLUSIONES

DISEODESISTEMASPCPFlujograma

Seleccin de la BombaCapacidad de Levantamiento

Capacidad VolumtricaCurvas de Comportamiento

Tipo de ElastmeroGeometra

Seleccin de la BombaCapacidad de Levantamiento

Capacidad VolumtricaCurvas de Comportamiento

Tipo de ElastmeroGeometra

Seleccin de las CabillasCargas, Torque, FuerzasContactos Cabilla/Tubing

Potencia, Torque y Velocidad Requeridos

en Superficie

Seleccin del Equipo de SuperficieCabezal de rotacin

Relacin de TransmisinMotor, Variador

DISEO FINALDEL SISTEMADISEO FINALDEL SISTEMA

Geometra del PozoTipo y Curvatura

Configuracin del PozoDimensiones

Casing, Tubing, CabillasLimitaciones Mecnicas

Propiedades del FluidoTemperatura, Densidad, Viscosidad

Contenido de Agua y ArenaContenido de H2S y CO2

Otros Componentes

Condiciones del YacimientoComportamiento IPRTasa de Produccin

Presin de Fondo FluyenteNivel de Fluido Dinmico

RGP Producida

Produccin y Levantamiento

Requeridos

Presin de DescargaPresin de EntradaPrdidas de Presin

Profundidad de Asentamiento

DISEOSISTEMAPCP

DISEODESISTEMASPCP

DISEOSISTEMAPCP

CONSIDERACIONESATENERENCUENTADURANTEUNDISEOPCP

1. Disponer de un perfil del pozo y de su completacin mecnica.

2. Historial de produccin (fluidos y slidos) y problemas de produccin.

3. Contar en lo posible con mediciones reales de campo o laboratorio yaque estas son mas exactas que una correlacin.

4. Elaborar en un banco de pruebas la curva de la bomba ya que las decatlogo reflejan comportamiento promedio.

5. Profundidad de asentamiento de la bomba (ver figuras prximas)

DISEOSISTEMAPCP

Plevantamiento = Pdescarga Pentrada

Pentrada = Pcasing + Pcolum gas + Pliq

Pdescarga = Ptubing + Pcolum liq + Pfriccion

ND

NE

THP

PCliq

DISEOSISTEMAPCP

SISTEMAPCPTIPICO

TUBERA DE PRODUCCIN

GRAMPA DE LA BARRA PULIDA

RELACIN DE TRANSMISIN

MOTOR ELCTRICO

CABEZAL DE ROTACIN

BARRA PULIDA

STUFFING BOX

PUMPING TEE

CABEZAL DEL POZO

REVESTIDOR DE PRODUCCIN

TUBERA DE PRODUCCIN

SARTA DE VARILLAS REVESTIDOR DE PRODUCCIN

SARTA DE VARILLAS

ROTOR

ESTATOR

PIN DE PARO

ANCLA ANTITORQUE

SUPERFICIE FONDO

DISEOSISTEMAPCP

FUERZASDECONTACTODELAVARILLACONLATUBERIA

FCONTACTO=FCURVATURA+FGRAVEDADFCURVATURA=CxLrodstringxLcsxDLSFGRAVEDAD=CxWrxLcsxsin

C=(1.736/10.000)Lrs=PesootensinquesoportalavarillaLcs=Distanciaentrecoupling.DLS=DoglegSeverity

C=1Wr=Pesounitariovarilla(lbs/ft).Lcs=Distanciaentrecoupling. =Desviacindelpozo

DISEOSISTEMAPCP

PARTIDURADEVARILLASYDESGASTEDELATUBERIAFUERZADECONTACTO=FUERZADEGRAVEDAD+FUERZADECURVATURA

INSTALACIONSISTEMAPCP

ARMADODEESTATORYACCESORIOSa. ArmarSeparadordeGas,AnclasdeTorque,FiltrosdeArena,etc..b. ConectarNipledeParoyNipledeManiobraalEstatorc. Apretarfuertementetodosloselementos(llavesmanuales)d. Medirytomarnota.

TUBERADEPRODUCCINa. Apretartodaslasconexionesb. Medirycalibrartodalatuberac. Siserequiere,probarlatuberacada10tubos.d. FijarelAncladeTorque,bridasdesuperficieyTedeproduccin

ROTORYSARTADEVARILLASa. ColocarunponyRod(de12pies)totalmenterectoalrotor.b. Engrasarelcuerpodelrotorparafacilitarsuentradaalestator.c. Apretarfuertementecadaunindevarilla.d. Llevarcontrolyregistrodelacolocacindeloscentralizadores

INSTALACINDEEQUIPOSDESUBSUELO


El espaciamiento del rotor es quizs la maniobra mas importante durante lainstalacin de los sistemas PCP. Un Rotor mal espaciadodar origen a prdidas de eficiencia o a deterioro y destruccin delEstator (Elastmero).

Calculo del Espaciamiento:

El espaciamiento del rotor es la distancia necesaria entre el pasador delniple de paro y el extremo inferior del rotor, para garantizar la formacin detodas las etapas posibles y evitar el contacto del rotor con el niple de paroen condiciones de operacin. Los factores que intervienen son:a. Modelo y profundidad de la bombab. Dimetro de las varillasc. Temperatura del mediod. Head

MANIOBRASDEESPACIAMIENTO


a. Charla Preoperacional y toma del pesode la Sarta de Varillas

b. Bsqueda del pin de paroc. Recuperacin del peso de la Sartad. Marca del Espaciamiento por

elongacin de varillas (Punto muerto)e. Medicin con un flexmetro del

cabezal, desde la grapa hasta laconexin inferior

f. Marcacin de la ubicacin de la Grapag. Sacada de las varillas necesarias para

que la extensin de la grapa sea mayoro igual a la longitud de Barra Lisa

h. Calculo de la longitud de Ponysi. Instalacin de Grapa a 1ft del Coupling

superior del PR


DIMETRO GRADO PESO(Lls/Pie)

TORQUEOPTIMO(Lbs/Pie)

TORQUEMAXIMO(Lbs/Pie)

2-3/8 J-55C-75C-75N-80N-80

4,704,705,954,705,95

12901700212018002240

16102130265022502800

2-7/8 J-55C-75C-75N-80N-80

6,506,508,706,508,70

16502170285023003020

20602710356028803780

3-1/2 J-55C-75C-75N-80N-80

9,309,3012,959,3012,70

22803010404032004290

28503760505040005360

4 J-55C-75

11,011,0

25603390

32004240

4-1/2 J-55 12,75 2860 3180

DIMETRO GRADO PESO(Lls/Pie)

TORQUEOPTIMO(Lbs/Pie)

TORQUEMAXIMO(Lbs/Pie)

2-3/8 J-55C-75C-75N-80N-80

4,704,705,954,705,95

12901700212018002240

16102130265022502800

2-7/8 J-55C-75C-75N-80N-80

6,506,508,706,508,70

16502170285023003020

20602710356028803780

3-1/2 J-55C-75C-75N-80N-80

9,309,3012,959,3012,70

22803010404032004290

28503760505040005360

4 J-55C-75

11,011,0

25603390

32004240

4-1/2 J-55 12,75 2860 3180

TORQUESRECOMENDADOPARALATUBERADEPRODUCCIN

PUESTAENMARCHASISTEMAPCP

a. Arrancar el sistema a baja velocidad (utilizar rampas deaceleracin).

b. Durante estos primeros das, se sugiere visitar el pozo y tomarlas lecturas de las variables de operacin a diario, de manera deobservar el comportamiento del sistema y su relacin con elhinchamiento del elastmero.

c. Una vez que se determine que el sistema yacimiento pozo equipos deproduccin estn estabilizados, se proceder con el proceso deoptimizacin.

d. Durante esta fase se debe esperar incrementos en la produccin, disminucinen la sumergencia de la bomba, incrementos en la presin del cabezal(presin en la tubera de produccin) en el torque y en la potencia requerida.

PUESTAENMARCHA

OPTIMIZACION

En general se espera que al incrementar la tasa de produccin, baje el nivel defluido y se incremente la presin de cabezal, el torque y la potencia (yviceversa); no obstante, hay situaciones donde se requiere de un anlisis masprofundo para entender lo que ocurre en el sistema.

Ejemplo, un pozo sin produccin que al arrancarlo presente alto torque (o altoconsumo de corriente) significa atascamiento en el fondo (rotor mal espaciado,elastmero hinchado, presencia de arena, etc.) o en superficie (problemas conel cabezal, con el motor, etc.).

Mediante la adecuada metodologa se puede llegar a ubicar exactamentedonde est la causa de la falla y tomar las acciones pertinentes.

OPTIMIZACION

OPTIMIZACION

CRITERIOSDEOPTIMIZACION

Al momento de optimizar un pozo instalado con un sistema PCPse deben considerar una serie de variables que pueden limitar la obtencin de lamayor tasa de produccin. Estas limitantes pueden estar asociadas al yacimiento,a los equipos PCP, a otros equipos o sistemas o a las instalaciones de superficie,as, a la hora de proceder con un programa de incrementos de velocidad deoperacin de se deben tener presente:

Tasas criticas o lmites para evitar la conificacin de gas, irrupcin de agua, dearena u otros slidos indeseables.

Torque mximo que pueden soportar las varillas y las correas. Sumergencia (o presin de entrada a la bomba) mnima que garantice menos

de un 50% de gas libre a la entrada de la bomba. Presiones y caudales mximos impuestas en superficie, etc..

ANALSISDEFALLA

Definicin de Elastmero:

Un elastmero es un material el cual puede ser elongado varias veces su longitud

original y tiene la capacidad de recobrar rpidamente sus dimensiones originales una

vez que la fuerza externa es removida.

Formulacin de los elastmeros:

Proceso de adicin de aditivos qumicos al elastmero base con la finalidad de obtener

un producto adecuado para una aplicacin especifica. Los aditivos qumicos cumplen

las siguientes funciones:

1. Vulcanizacin (curado o entrecruzamiento)

2. Cargas de reforzantes

3. Ayudantes de proceso

4. Cargas Inertes (reductores de costos)

5. Estabilizantes ambientales (calor, O2, O3, humedad, Luz UV, etc.)

6. Protectores Qumicos y Fsicos.

IntroduccinIntroduccin

ANALSISDEFALLA

La incorporacin de Negro de Humo:

Incrementa los mecanismos de disipacin de la energa. Aumenta la resistencia a la abrasin. Aumenta: Dureza, Modulo de rigidez y resistencia tensil. Disminuye la elasticidad.

3. Ayudantes de Procesos:

Aditivos que permiten procesar una formulacin elastomrica de una manera mas fcil.Tienden a bajar la viscosidad de la mezcla.*Pepticidas qumicos (cidos Sulfonicos, Pentaclorotiofenol); Plastificantes fsicos (cidosgrasos, aceites, steres.

4. Cargas Inertes:

Aditivos que abaratan el costo de la formulacin sin mayor deterioro en las propiedadesmecnicas del producto final.*Aceites; partculas slidas de tamao grande (arcilla, Talco, Carbn); Resinas.


ANALSISDEFALLA

5. Estabilizantes:

Inhiben cortes o incisiones de cadena, entrecruzamientos ambientales o cualquier alteracin

qumica debido al deterioro por factores ambientales, ej. Antioxidantes y Antiozonantes.

6. Protectores:

Qumicos:

Capaces de interactuar con el agente degradante o interferir con las reacciones de

degradacin, ej. Aminas secundarias, fenoles o fosfitos.

Fsicos:

Migran a la superficie y proporcionan barrera al ataque ambiental, ej. Ceras.


ELASTOMERO

RELLENO

PLASTIFICANTES

AGENTESDECURADO

MISCELANEOS

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Procesamiento:

mezclado para producir una formulacin con sus ingredientes adecuadamente

incorporados y dispersados con la finalidad de lograr un material con las siguientes

caractersticas:

*Fcil procesar.

*Curado eficiente.

*Desarrollo de propiedades optimas.

*Mnimo gasto de energa y tiempo.


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Procesamiento:

*De 10 a 20 componentes en una formulacin especifica.

*Miles de posibles combinaciones, tipos y calidades.

*No es posible predecir el comportamiento de un compuesto (elastmero); solo con la

experiencia y conocimiento de las condiciones de aplicacin, se lograr una seleccin

acertada.


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Inyeccin:

Es el mtodo utilizado en la produccin de estatores de Bombas de Cavidades Progresivas

(PCP).

Proceso:

La formulacin se alimenta a la cmara de inyeccin mediante un tronillo reciprocante.

El movimiento del tornillo plastifica y suaviza el material a medida que lo transporta hacia la

cmara de inyeccin.

Una vez alcanzado el volumen de material deseado, el tornillo actuando como pistn avanza

e inyecta el material en un molde con la forma requerida.

El material reside en el molde caliente hasta que el proceso de curado es terminado.

La pieza es enfriada y eyectada del molde.


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* Los Fluoro elastmeros (FKM).

Limitaciones en su aplicacin.

Fluidos Manejados:

Gravedad especifica (API)

Corte de Agua.

Relacin Gas/Liquido sobre la PCP

Temperatura de fondo al nivel de la PCP.

Presencia de agentes fsicos y qumicos:

Presencia de arena (abrasin).

Solventes aromticos.

Presencia de CO2

Elastmeros para estatores PCPElastmeros para estatores PCP

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ste material se obtiene mediante la copolimerizacin del BUTADIENO y el NITRILO ACRLICO o

ACRILONITRILO. Se conoce internacionalmente bajo la nomenclatura NBR (Nitrile Butadiene

Rubber)

* > Contenido de ACN > Resistencia Qumica

*> Contenido de Relleno > Resistencia Qumica < Resistencia a la Abrasin

Referencias PCM: 159; 194; 199 y 205


ContenidoACN

Medio Alto

ContenidoRelleno

Bajo 205 194

Alto 159 199

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Variante del Nitrilo convencional mediante un proceso de hidrogenacin cataltica el cual

produce saturacin de los dobles enlaces de la estructura

Mayor temperatura de servicio

Mayor resistencia a H2S

Grado de Hinchamiento depende del % ACN

Referencia PCM: 198


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* Fluoro elastmero (FKM)

Alta resistencia qumica, no es afectado por: cidos, bases y aromticos.

Atacado por cetonas y acetales

Referencia PCM: 204


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TiposdeElastmeros

RefMax

Temp. C

Manejo Arena H2S CO2 Aromticos Agua

Descompresin Explosiva

159 120 Bueno Excelente Alto Excelente Excelente Superior

194 80 Excelente Excelente Bueno Bueno Excelente Bueno

198 160 Excelente Excelente Bueno Bueno Bueno Promedio

199 120 Promedio Bueno Superior Excelente Excelente Superior

204 60 Pobre Excelente Excelente Superior Bueno Promedio

205 80 Superior Bueno Promedio Promedio Promedio Bueno


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Aplicaciones Genricas:


Usos para Crudo Mediano, Pesado, arena y gas.


Usos para Alta temperatura y arena

* Fluoro elastmero (FMK)

Usos para Crudo Liviano con alto contenido de aromticos.


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Ensayos de Envejecimiento de ElastmerosEnsayos de Envejecimiento de Elastmeros

KitdeLaboratorioEmpleadoparalaspruebasdeEnvejecimiento

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EquipoBsicodelaboratorio Densmetro Balanzadigital DurmetroShoreA Estufaconagitadorelectromagntico

Pipetas Buretas Vasoprecipitado Entreotros.

MetodologaExperimental

Elelastmeroessometidoaunenvejecimientoacelerado,bajocondicionesdepruebasnormalizadasenlaNormaNFT46013(ResistancetoIndustrialOils).

Lageometradelasprobetasdeelastmeroesdeformadebotonescilndricos,conlasdimensionessiguientes:

Dimetro:20mmEspesor:7mm

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AnlisisdeResultados:

CriteriosdeAceptacin:

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* Hinchamiento:

Los elastmeros experimentan hinchamiento cuando son expuestos a un fluido qumicamente

compatible. El hinchamiento deteriora las propiedades mecnicas; el desempeo de las PCP

depende del control del hinchamiento.

* Caracterizacin del fluido experimental

Crudo:

* El grado de hinchamiento que experimentara el elastmero depender del poder de solvatacion

de las especies hinchantes que constituyen el fluido experimental.

* Las especies aromticas presentes en el crudo son las responsables del hinchamiento que

experimenta el elastmero.

* Los compuestos aromticos presentes en las fracciones livianas del crudo poseen un elevado

poder hinchante.

* Los aromticos pesados manifiestan menor poder hinchante que sus homlogos livianos: sin

embargo por encontrarse en gran proporcin dentro del crudo produce un efecto hinchante

significativo.

Consideraciones Pruebas de EnvejecimientoConsideraciones Pruebas de Envejecimiento

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* De las especies pesadas, los compuestos Monoaromticos (Bencenos, naftenobencenos y

dinaftenobencenos, diaromticos (naftalenos, acenaftenos y flurenos) y Tiofeno aromticos

exhiben mayor poder hinchante.

* Las especies aromticas presentes en el crudo son las responsables del hinchamiento que

experimenta el elastmero.

* Los compuestos aromticos presentes en las fracciones livianas del crudo poseen un elevado

poder hinchante.

* Los aromticos pesados manifiestan menor poder hinchante que sus homlogos livianos. Sin

embargo por encontrarse en gran proporcin dentro del crudo produce un efecto hinchante

significativo.

Agentes Qumicos:

* Tpicamente un polmetro se disuelve en lquidos que no difieren de su parmetro de solubilidad

en mas de 0.47 a 0.71 (Cal/cm3)^1/2. Los solventes mas cercanos a el parmetro de solubilidad del

elastmero lo pueden hinchar.

Ver tabla anexa


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Fuentes Fundamentales de Fallas

* Deficiencias de diseo.

* Deficiencias en seleccin de materiales.

* Imperfecciones del material.

* Deficiencias de procesamiento.

* Errores en el ensamblaje.

* Condiciones de servicio no adecuadas.

Anlisis de Fallas Prematuras de Estatores de PCPAnlisis de Fallas Prematuras de Estatores de PCP

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PROCEDIMIENTO GENERAL

Investigacin Preliminar

* Recopilacin de datos relevantes.

* Examen preliminar de las partes o componentes que fallaron.

* Seleccin, identificacin, preparacin de muestras de laboratorio.

Anlisis de Laboratorio

* Evaluacin No destructiva

* Ensayos mecnicos.

* Anlisis qumicos.


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Tiposdeanlisis:

Existen3tiposdeanlisisarealizaraPCPquepresentofallas:

Anlisisvisualencampo.Descripcin delosequiposdespusdelaintervencindeltaladro. Elaboracindeunreportedecampo.

Anlisisnodestructivoenlaboratorio.Medicindelosequipos(dimensional dureza).Inspeccinvisualdelestatorconboroscopio. Elaboracindeunreporte.

Anlisisdestructivoenlaboratorio.Complementodelaanlisisnodestructivoconcortedelestatorparaluegoanlizarel

elastmeroenlalongituddelaPCP. Elaboracindeunreporte.


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Anlisis de Fallas Prematuras de Estatores de PCPAnlisis de Fallas Prematuras de Estatores de PCP HerramientasparaelAnlisis:

KitdeInspeccinDimensional:EstatoryRotor.

MedicindeDureza

KitdeInspeccinVisual:EstatorBoroscopio

BancodePruebas

CierraAlternativa

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Modos de FallasModos de Fallas

* Abrasin (desgaste normal).

* Ataque Qumico.

* Presin Excesiva por etapa.

* Arrastre por Alta Presin.

* Influencia mecnica.

* Altas temperaturas de operacin.

* Desprendimiento del elastmero.

* Ataque por H2S

* Ataque por CO2 (Descompresin Explosiva)

*Histresis

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Modos de FallasModos de FallasAbrasin (desgaste Normal)

Identificacin:

Superficies desgastadas y rasguadas en los puntos de menor dimetro.

Causas:

Asociado con desgaste normal. Ocurre preponderantemente si el fluido contiene altos

contenidos de slidos o si la PCP trabaja a altas velocidades.

Correccin:

Reducir la velocidad de rotacin y mantener mnimo delta de Presin, PCP de mayor capacidad

o mayor numero de etapas. Colocacin de filtros.

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Modos de FallasModos de FallasAtaque Qumico

Identificacin:

Crecimiento en dimensione, menor dureza que el material virgen, usualmente presenta

ampollas y grietas transversales en el cuerpo del estator.

Causas:

Asociado al ataque del elastmero por fluidos aromticos presentes en el crudo. La falla puede

identificarse por perdidas de eficiencia de la PCP o incrementos de torque.

Correccin:

Seleccionar elastmeros con mayor resistencia qumica. Mayor contendido de ACN en el

elastmero.

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Modos de FallasModos de FallasPresin Excesiva por Etapa

Identificacin:

La superficie del elastmero se torna dura en extremo y brillante con terminaciones llagosas.

Parte del elastmero ha sido arrancado. Patrn Helicoidal.

Causas:

Presiones hidrostticas o por friccin excesivamente altas, producido por algunas de las

siguientes condiciones:

Descarga de la bomba obstruida; lneas obstruidas; Altas tasas de produccin de fluidos

viscosos. La operacin de la PCP en seco ocasiona falla similar (friccin excesiva).

Correccin:

Verificar espaciamiento del rotor, para evitar que el acople con la sarta de cabillas obstruya la

descarga. Cuando se producen fluidos con altos contenidos de slidos implementar un

programa de limpieza frecuente. Verificar el Delta de Presiones manejado por la PCP.

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Modos de FallasModos de FallasPresin Excesiva por Etapa

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Modos de FallasModos de FallasArrastre de Alta Presin

Identificacin:

Hoyos o rasgaduras en sentido contrario al flujo. No se observan incrementos de dureza

apreciables.

Causas:

Partculas de arena de gran tamao se depositan en el elastmero causando deformacin

permanente del elastmero. Esto produce un orificio pequeo que permite que el fluido a alta

presin arrastre parte del material.

Correccin:

Probar la colocacin de un filtro a la entrada de la Bomba. Utilizar bombas de mayor capacidad

a menor velocidad.

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Influencia Mecnica

Identificacin:

Objetos extraos fueron bombeados causando daos sobre la superficie del elastmero y/o

rotor.

Causas:

Falta de un programa de limpieza frecuente en los pozos; maniobras inadecuadas al momento

de Completacion del Pozo. La adherencia de la goma es buena pero el elastmero presenta

desgarre. No hay evidencias de incremento de dureza.

Correccin:

Para pozos con altas tasa de arena; colocar filtros en la entrada de la bomba.

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Modos de FallasModos de FallasAltas temperaturas de Operacin

Identificacin:

La superficie del material se torna quebradiza y tiene muchas grietas. Incremento importante

de la dureza y disminucin general de las propiedades mecnicas.

Causas:

*Operacin de la PCP en Seco: ausencia de fluido, exceso de gas o por obstruccin de la

succin.

*Altas temperaturas de Operacin: Combinacin de alta temperatura del fluido del pozo y

calor generado por la PCP durante la operacin.

*> Velocidad de la PCP y > Delta de Presin originan incrementos de temperatura. Histresis.

Correccin:

Verificar nivel de fluido en el anular, utilizar PCP de mayor capacidad a menor velocidad de

rotacin. Seleccionar el elastmero adecuado.

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TrabajoenVaco

Histresis

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Ataque por CO2 (descompresin explosiva)

Identificacin:

Ampollamiento severo; Aumento de tamao (hinchamiento, sobre interferencia); Disminucin

de la dureza (solamente si el gas esta atrapado).

Causas:

Manejo de Altas tasa de gas; alto contenido de CO2 disuelto en el Crudo; Cadas abruptas de

presin de fondo.

Correccin:

Verificar nivel de fluido en el anular, utilizar PCP de mayor capacidad a menor Carga.

Seleccionar el elastmero adecuado.

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Ataque por CO2 (Descompresin Explosiva)

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1.Recopilacion de informacin:

*Modelo de PCP, serial de identificacin Rotor / Estator

*Simulacin hidrulica.

*Interferencia de diseo.

*Tipo de elastmero.

2.Condiciones de Operacin:

*Tipo de Crudo: API, Contenido y tipo de aromticos.

*Gases: Concentracin de H2S y CO2.

*Temperatura a nivel de la bomba.

*GOR

*Corte de agua y sedimentos

*Resultados de ensayos de compatibilidad.

ProcedimientoProcedimiento

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3.Completacion:

*Profundidad de instalacin

*Profundidad de perforaciones

*Casing y Tubing

*Sarta de cabillas

*Sistemas de separacin de gas y slidos

4.Datos de Operacin:

*Fecha de instalacin

*Fecha de falla

*Das de parada

*RPM

*Torque

*Eficiencia

*Observaciones operacionales


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5.Codificacin de Tipologa de Falla:

*Elastmero desprendido

*Elastmero desgarrado

*Elastmero ampollado

*Hinchamiento Visible y/o cuantificable

*Superficie quemada

*Elastmero endurecido

*Histresis

*Elastmero erosionado o daado mecnicamente.


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Diagrama Causa y Efecto Fallas PCP: EstatorDiagrama Causa y Efecto Fallas PCP: Estator

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Diagrama Causa y Efecto Fallas PCP: RotorDiagrama Causa y Efecto Fallas PCP: Rotor

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