PROLOGO

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CAPITULO II

BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE

II-I DESCRIPCION DEL SISTEMA

Realmente debera titularse Electrosumergido, porque esas son las condiciones de trabajo por lo tanto, se trata de un sistema de bombeo elctrico cuyos componentes se instalan en el fondo del pozo o sea sumergidos. El conjunto bomba, separador, protector y motor, se ensamblan y se bajan al pozo con los habituales tubings y un cable "zunchado" a ellos, para hacerle llegar la energa elctrica al motor. En la superficie, una cabeza colgadora especial se instala para poder empaquetar el cable y un panel de comando conectado a un transformador completan los equipos ms importantes, tal como se ve en el esquema de la figura II- 1.

La posibilidad de aplicacin del sistema a crecido con el importante incremento de la produccin por recuperacin secundaria, ante las limitaciones del bombeo mecnico, y se incorporan tambin los pozos dirigidos (desviados) y los horizontales. Si bien la idea es que su utilizacin se orienta a los pozos de alta capacidad, hay modelos que pueden extraer 20 m3 por da. Prcticamente no tiene limitaciones de profundidad ya que se pueden instalar en 4.500 metros de profundidad y s, existen lmites en el tamao en funcin del dimetro del casing que tiene el pozo. Se observa tambin que operan con velocidad constante por lo que los diseos y seleccin deben asegurarse la capacidad de produccin del pozo, porque el equipo original no puede variar su velocidad y consecuentemente su capacidad de extraccin, salvo en el caso que se utilice un motogenerador para su alimentacin y se disminuya la velocidad de generacin, lo provocar la disminucin de la frecuencia y consecuentemente bajar la velocidad de rotacin o con el uso de un equipamiento adicional que se llama variador de frecuencia que como su nombre lo indica permitir aumentar o disminuir la velocidad. No obstante las posibilidades mencionadas estarn limitadas a un 20% en ms o en menos. El anlisis tcnico econmico ser en definitiva el que demuestre o no la conveniencia del uso de ste sistema.

II-II INSTALACION TIPO

La instalacin convencional, consta de un motor ubicado en la parte inferior al que se conecta, adems del cable elctrico un protector, ste a su vez se ensambla a la bomba propiamente dicha o a un separador de gas si el pozo as lo requiere, quedando de todas formas, la bomba como el ltimo equipo ensamblado. Una vlvula de retencin y una de descarga completaran la instalacin especial de sub superficie. El cable se suj eta con tres zunchos a cada tubing y en la parte superior se coloca una cabeza colgadera que permite el empaquetamiento del cable. En superficie y siguiendo el orden de abajo hacia arriba, es recomendable dejar al menos 50 metros de cable en la locacin e interponer antes de la conexin al panel de comando, una caja de seguridad que permitir las liberacin de gas, si este ascendiera accidentalmente por dentro del cable, evitando que llegue al comando donde existen interruptores y rels que desprenden chispas. Luego del panel de comando se encontrar un transformador y por ltimo el poste de alimentacin con su interruptor en las tres fases.

II-III BOMBA

La variedad disponible es muy grande y se pueden seleccionar bombas que extraigan desde 20 a 15.000 m3 por da y que se ubique a 10 o 4500 metros de profundidad. Estn construidas en forma de multietapa y cada etapa, tiene un impulsor solidario al eje y un difusor esttico en el cuerpo de la bomba, el que se ocupar de introducir el fluido en la parte inferior de la etapa superior, para que nuevamente el impulsor repita la accin hacia la prxima etapa. Desde el punto de vista hidrulico se desprende que cada etapa por si sola es capaz de mover toda la produccin pero no de elevarla lo suficiente, por lo que se agregarn tantas etapas como sean necesarias, para llegar a la superficie y superar la presin de lnea. Las bombas estn preparadas para bajarlas en "tandem" de tal manera que en funcin de la profundidad, se podrn ensamblar dos o ms cuerpos. Los impulsores instalados en el eje de la bomba, pueden ser fijos o flotantes. Los flotantes compensan las cavilaciones que se pudieran producir espordicamente pero de salir excesivamente del rango provocar un prematuro desgaste y ser necesario cambiar la bomba. La utilizacin de materiales especiales en la construccin de la bomba, permitir que ella sea sometida a condiciones rigurosas en el manejo de arena, carbonatos a fluidos corrosivos. La figura II-2 muestra una bomba tipo.

II-IV PROTECTOR

El motor trabaja en bao de aceite y debe tener la misma presin en el interior que en el exterior, por consecuencia es necesario conectarlo de alguna manera con la parte externa y ello se logra a travs del protector, (figura II-3) encargado de formar un sello hidrulico entre el fluido del pozo y el motor elctrico. Si el protector perdiera la capacidad de sellar, el fluido del pozo contaminara el aceite del motor y ste dejara de funcionar. Toda vez que se saca un protector de un pozo, es necesario desplazar todo el aceite de sus cmaras y reemplazarlo totalmente, porque aunque los sellos funcionen perfectamente bien, con el tiempo el aceite se contamina con los fluidos del pozo.

II-V MOTOR

Los motores, como todos los componentes del sistema cubren un amplsimo rango de operacin que va desde los 7.5 H.P. hasta 1 000 H.P. y se pueden bajar al igual que las bombas, en "tandem". La limitacin que tienen es el dimetro del casing, no obstante se pueden instalar en casing de 4 1/2". Claro est, que en tal situacin para lograr grandes potencias sern necesarias varias unidades en tandem. La tensin de trabajo est directamente relacionada con la potencia del motor porque el espacio para transportar corriente es pequeo y no se puede utilizar cables de grandes dimetros, por lo tanto en los motores de mayor tamao la tensin puede llegar hasta 3.500 voltios y en los pequeos de 275 voltios. En las operaciones convencionales promedio la tensin de uso generalizado es de 460 a 2000 voltios, segn el yacimiento, el volumen, la profundidad y en algunos casos la disponibilidad en el lugar de la instalacin. Como toda bomba centrfuga la velocidad de rotacin es alta y est en el orden de 2900 R.P.M para 50 ciclos de frecuencia. (es mayor en 60 ciclos).

La disipacin de la temperatura se producir por refrigeracin con el fluido del pozo y esto es muy importante porque para un adecuado enfriamiento la produccin debe pasar por el exterior del motor a una velocidad mnima de un pie por segundo o 18,3 metros por minuto, y de aqu, la gran importancia de la ubicacin de la bomba con respecto a los punzados productores, pues si se coloca por debajo de ellos, el fluido entrar a la bomba sin pasar por el costado del motor porque ste en toda instalacin est por debajo, y no disipar la temperatura. Para casings de 7" o mayores se puede instalar una campana de refrigeracin que obligar al lquido a pasar por el motor. El sentido de rotacin es de suma importancia porque de ser incorrecto el equipo no funcionar. Cuando se pone en marcha y se observa la salida de la produccin, aunque gire en sentido contrario, impulsar lquido que puede confundir a los operadores, luego, para verificar el correcto sentido de rotacin, se puede utilizar un instrumento diseado para eso o bien colocar un manmetro en la salida para medir la presin que deber ser alta. Si esto no ocurriera, para invertir el sentido de giro se debe intercambiar la posicin de dos de los tres cables en el panel de control. Figura II-4.

II-VI SEPARADOR

Cuando la relacin gas lquido es relativamente alta, la separacin del gas en la entrada de la bomba, puede producir fcilmente un bloqueo, interrumpiendo la produccin. Es suficiente razn para que baje sensiblemente el requerimiento de corriente y acte el panel de control parando la bomba. Se trata de un problema que se pude minimizar con la instalacin de un separador de gas, favoreciendo las condiciones de bombeo. Este equipo auxiliar se instala deba o de la bomba. Como se ve en la figura II-5, el fluido entra por los orificios del separador a la cmara anular y all se produce la separacin, saliendo el gas por los orificios superiores y cayendo el lquido a la cmara inferior de donde, ser impulsado por un inductor (especie de turbina) solidario al eje, hasta la bomba misma.

II-VII CABLES

Son los encargados de transportar la energa elctrica desde la superficie hasta el motor y van instalados sujetos al tubing inmediatamente despus de cada recalque y en el centro del cao con zunchos de flejes. Se almacena, transporta y opera en las bajadas y sacadas de las instalaciones en los pozos, devanados en carreteles especiales que se montan sobre un eje para hacer las intervenciones. Se fabrican en 1 0 tipos distintos para cubrir todas las necesidades de los motores y sus especificaciones van desde 3000 a 5000 voltios de aislacin, de 180' F hasta 450 ' F y pueden alimentar con una corriente de hasta 400 amperes. Todos ellos presentan dos formas geomtricas como se ve en la figura 11-6, redondo y plano o paralelo. Particularmente el paralelo es el ms usado en los pozos con casing de 5 1/2 y 7", porque tienen menor espesor adems de disipar con mayor facilidad el calor que genera la transmisin de energa. Es aislado con material adecuado a presiones y temperaturas, y sobre la aislacin tiene una cobertura de chapa construida en diferentes materiales segn el destino, para ejercer de protector mecnico, facilitando de esa forma las maniobras en las operaciones. La conexin del motor se hace mediante un enchufe con un cable de extensin plano (aunque se use cable redondo) debido al escaso espacio que queda entre el equipo y el casing.

Antes de comenzar una operacin o bien una vez terminada, es recomendable utilizar un megmetro para asegurarse de la calidad de la aislacin, con una medida minima de 100 megohmios.

II-VIII PANEL DE CONTROL

Como todo equipamiento elctrico, este tambin necesita protecciones para evitar daos importantes ante un problema, y por eso se instala el "switch board" o panel de control cuyas funciones sern las siguientes:a)cortar por exceso de carga. (se regula con un 15% sobre la carga normal

b)cortar por falta de carga

c)interruptor

d)arrancador

e)temporizado.

f)cortar por anormalidades en tensin y corriente

g)cortar por falta de fase

h)registrar en un grfico la carga contnua

i)alojar fusibles de seguridad

j)leer informacin del pozo (presin y temperatura)

a) Cuando se produce un exceso de carga con respecto a la calibracin prefijada, el equipo se detendr automticamente y no arrancar hasta que alguna persona lo accione. Cuando el operador oprime el botn para reponer la energa y se repite el corte, no es conveniente que lo vuelva a intentar porque puede producir un dao mayor. en tal caso avisar a los servicios especializados para el diagnstico. Si arrancara con el primer intento se deben leer los valores de trabajo y asegurarse que opera normalmente y luego avisar la novedad.

b) Si la bomba se bloqueara con gas o bien se quedara sin nivel el pozo, bajar sensiblemente la corriente y el panel interrumpir el flujo elctrico. Un temporizador precalibrado har arrancar el equipo automticamente.

c) y d) Comandos para arrancar y parar el equipo independiente de los sistemas automticos.

e) El temporizador regula el tiempo elegido para reponer la energa cuando para por baja carga.

g) Opera con corriente trifsica, pero la interrupcin del flujo en una fase daara seriamente el motor. El panel se ocupa de interrumpir las otras dos h) Un estilete registra sobre un grfico la corriente y el grfico gira impulsado por un reloj dando un giro cada 24 horas o 7 das.

j) Opcionalmente puede instalarse en el fondo del equipo un sensor de presin y temperatura que transmitirn la informacin por el cable de energa a la superficie. En el panel de control se puede instalar el lector o bien las conexiones para tomar la informacin. (Fig. II-7).

II-IX VARIADOR DE VELOCIDAD

Los motores elctricos trabajan a velocidad constante por lo que no exista posibilidad de acondicionar el rgimen de extraccin a las variaciones del pozo, hasta que se desarrollaron los variadores de velocidad aplicable a los equipos electrosumergidos, ampliando el margen de utilizacin de este sistema. La variacin se produce realmente en la frecuencia y consecuentemente en la velocidad del motor, pero tal aspecto tiene sus limitaciones porque existe un rango que el motor puede soportar que no excede el 20%, tal vez un poco ms hacia arriba. Este equipamiento es muy costoso y la determinacin de su uso requiere un serio y profundo anlisis econmico, no obstante y en funcin del avance en la tecnologa electrnica hace que pueda abaratarse y mejorar sensiblemente sta posibilidad.

Accesorios. Con el fin de impedir el giro en retroceso de la bomba cuando el motor se detiene, se instala una vlvula de retencin uno o dos caos por encima de la instalacin de fondo y para evitar el trabajo de pulling con los caos llenos se coloca una vlvula de alivio que comunicar el tubing con el casing, bajando una barra para romper el seguro.

Aparejos de cable, roldanas, ganchos, grampas para los equipos zunchadoras, tester, bombita de desplazamiento para el aceite, encastre para los ejes, bulones de repuesto y otros elementos menores sern necesarios para manejar este tipo de equipos.

II-X FALLAS

Pueden presentarse tres tipos de problemas que impidan el buen funcionamiento de losequipos electrosumergibles y ellos son:

a)ELECTRICOS

b)MECANICOS

c)CONDICIONES DEL POZO

a) Los problemas elctricos se manifestarn en el cable, en el motor o en las conexiones, algunas veces en ms de un lugar simultneamente, por lo que ser muy difcil de determinar con exactitud, donde se inici la falla. En el cable puede ocurrir una prdida en la capacidad de aislacin, por envejecimiento o bien porque se liber una burbuja de gas y se introdujo en el interior de la cobertura, si hubo falta de estanqueidad en alguna conexin. Puede producirse tambin una falla entre alguna de las fases y la cubierta de proteccin externa por aplastamiento o dao.En el motor se pueden encontrar problemas por contaminacin del aceite d'elctr' ico y consecuente corto circuito. En las conexiones, los malos contactos o la prdida de hermeticidad provocan la falla.

b) Los problemas mecnicos aparecen generalmente por desgastes provocados por el uso., por la operacin fuera del rgimen regular para el que fue diseado, por desgaste de cojinetes o sellos hidrulicos, por corrosin, por incrustaciones o por inadecuado traba de bombeo.

c) Las variaciones en el comportamiento del pozo inciden fuertemente en la vida de 1 componentes del equipo, sobre todo si aparecen ingredientes no previstos como arena u otros slidos o bien incrementos en el gas o disminucin del potencial de produccin Cualquiera de estos inconvenientes har que el equipo se detenga frecuentemente por accionamiento del panel de control que est gobernado por la corriente de consumo cuando sta salga de los valores de calibracin. Como ejemplo se puede citar el bloque por gas que al no trabajar la bomba disminuye el consumo con la consiguiente interrupcin Las paradas y arranques con mucha frecuencia, daan el motor.

Muchos de los problemas descriptos se podrn evitar llevando un control estadstico todo lo medible en el sistema y con la interpretacin de los registros de funcionamiento. Una buena prctica es "megar" las fases con respecto a masa en forma peridica y control la evolucin de las mediciones. Los grficos tpicos que se muestran en las figuras siguientes tienen la interpretacin de cada caso a saber:

Figura II-8. Grfico N1Muestra un arranque a las 11 de la maana y un trabajo casi constante en 55 amperes indicando una operacin normal.

Figura II-9. Grfico N2El trabajo aparenta ser normal y las variaciones instantneas en la corriente pueden indicar variaciones en la tensin de lnea. Es sabido que se disminuye la tensin aumenta la corriente

Figura II-10. Grfico N3Es el clsico ejemplo de una bomba sobre dimensionada o una fuerte declinacin en el pozo porque el sistema extrae ms lquido del que genera el pozo y se manifiesta en este caso con un arranque a las 9 horas con 55 amperes de servicio para ir declinando hasta llegar a 43 donde acta el interruptor por baja carga. Esto ocurre porque al disminuir la cantidad de fluido bombeado disminuye tambin la corriente consumida. Luego de una detencin de l hora y 15 minutos, el temporizador, tal como se lo haba prefijado conecta nuevamente el sistema y vuelve a funcionar pero en este ciclo en 2 hora agota el nivel, llega al lmite inferior de la corriente y para nuevamente. Los ciclos posteriores son de menor duracin lo que ndica claramente que ser necesario redimensionar la instalacin temporariamente puede restringirse la vlvula de salida para mantener un amperaje tal que no se produzca el corte por baja.

Figura II-11. Grfico N'4 Arranca normalmente a las 9 de la maana y a las 11 comienza a variar la carga seguramente porque bajo el nivel y por consecuencia la presin en el fondo pemitiendo la liberacin de gas el que inicia la interferencia con el trabajo de bombeo. Continua bajando con variaciones instantneas hasta llegar al amperaje de corte. Luego del intervalo establecido por el temporizador(timer), arranca pero el nivel no se ha recuperado lo suficiente y libera gas casi inmediatamente, quedndose sin carga en menos tiempo. El tercer ciclo demuestra que el pozo est sin nivel, interrumpiendo la marcha en 2 horas.

Figura II-12. Grfico N'5 Se trata de un pozo que produce con elevada presencia de gas, motivo por el cual la corriente flucta entre 5 y 10 amperes.

Figura II-13. Grfico N'6Es un claro registro de falta de nivel en la bomba. No existe presencia de gas, pero la bomba est sobredimensionada.

Existen registros de otros tipos pero se destacan los mencionados como los ms comunes.