rod shrinkage er x profundidad de la bomba x lr · medición del efecto de contrabalance, cbe. el...
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libras por segundo. Esta información puede ser usada para estimar cuanta producción esta
perdiéndose en la bomba. Esto es posible de la siguiente manera:
1) Determine la tasa de fuga LRTV en lbs/seg. Del gráfico de chequeo de válvula viajera.
2) Calcula la constante de estiramiento de las cabillas Er del informe API 11L como sigue:
N
i
i ErLL
Er1
. . . . . . . (164)
Donde:
L=Profundidad de la bomba (pies)
N=Numero de secciones de cabillas
Li=Longitud de cada sección de cabillas (pies)
Er=Constante elástica (plg/lbs-pies)
i=Subíndice de número de secciones de cabillas
3) Calcula la tasa de encogimiento de la sarta de cabillas como sigue:
Rod Shrinkage Er x Profundidad de la bomba x LRtv ( plg / seg)
4) Calcule la tasa de escurrimiento volumétrico en plg3/seg como sigue:
4
2
p
esc
dshrinkageRodTasa . . . . . . (165)
Donde:
Dp=Diámetro el pistón (plg).
5) Calcule la tasa de escurrimiento de la bomba en barriles de fluido por
día:
2
2905,8
FrTasaBFPD escperdida
. . . . . (166)
Donde: Fr=Relación de llenado de la bomba (1.0 para bomba llena) El término 8.905 es
una constante para convertir la caución de arriba en unidades propias y es calculado como
sigue:
diaBlspblsdiahrshrseg lg min min seg / lg p 33
Chequeo de Válvula Fija
Usando un dinamómetro puede realizarse un chequeo de válvula fija para encontrar
fugas debido a desgaste en las válvulas. Esto puede hacerse de la misma manera que con la
válvula viajera, pero deberá detenerse la unidad en la carrera descendente de la barra pulida.
Para realizar un chequeo de válvula confiable y preciso debe detenerse la unidad suavemente
en la carrera descendente al menos un medio o dos tercios del final. Esto es para asegurar que
las cargas de fluido han sido transferidas desde el pistón hacia la tubería. Una línea recta es
indicativa de una válvula fija en buen estado.
Figura 99. Prueba de Válvula Fija [18]
.
El chequeo de válvula fija no es un chequeo de las cargas en la válvula como lo sugiere
el nombre. Es el efecto de la válvula fija en las cargas sobre la barra pulida. Si la válvula fija
esta en buenas condiciones entonces podría enteramente soportar las cargas de fluido en la
carrera descendente. Las cargas en la barra pulida podrían permanecer constantes y se
igualarían al peso de las cabillas en el fluido. Sin embargo, si la válvula fija esta fugando
entonces la presión en el barril de la bomba podría caer y la válvula viajera podría recoger las
cargas de fluido. Esto haría que las cargas sobre la barra pulida se incrementen. La tasa de
incremento de la carga depende de la severidad de la fuga de la válvula fija. La figura 100 (c)
muestra un ejemplo de cómo fugas en la válvula fija afecta las cargas en la barra pulida durante
un chequeo de válvula.
Figura 100. Diferentes escenarios Prueba de Válvulas [18]
.
Nota: Mientras se realiza un chequeo de válvula fija, las cargas deben por igual permanecer
constantes o aumentar. Si la carga cae significa que la válvula viajera no ha abierto y en cambio
se esta entonces realizando un chequeo de válvula viajera. Esto puede ocurrir si se detiene la
unidad temprano en la carrera descendente o si es detenida muy abruptamente, causando
pandeo de las cabillas. Si el pozo esta golpeando fluido o presenta problemas de interferencia
por gas entonces la unidad debe detenerse suficientemente abajo en la carrera descendente
para asegurar que las cargas de fluido están fuera de la válvula viajera.
Medición del Efecto de Contrabalance, CBE.
El efecto de contrabalanceó es usado para calcular el torque en la caja de engranaje. Es
una medida indirecta del torque impuesto en la caja por la manivela y las contrapesas de la
unidad. Para medir el efecto de contrabalanceo la unidad debe detenerse con la manivela tan
cerca como sea posible a 90° o 270°. Luego con el freno liberado, grabar las cargas en la barra
pulida a esa posición. También debe anotarse el ángulo correspondiente del brazo de las
contrapesas. Para unidades convencionales (Clase I), El ángulo del brazo de las contrapesas
es medido en el sentido horario de la agujas del reloj a partir de la posición de las 12 en punto
con el pozo a la derecha. Para unidades Mark II (Clase III), se mide en sentido antihorario a
partir de las 6 en punto con el pozo a la derecha. Si la unidad es “Pesas Pesadas” o “Cabillas
Pesadas” entonces la manivela no se detendrá cerca de la horizontal. En lugar de esto tenderán
a detenerse cerca de la Posición de 6 o 12 en punto. En tales casos, para grabar el efecto de
contrabalanceo debe encadenarse la unidad (entre el cabezote y el cabezal del pozo) si es
“pesas pesadas” o apoyar una grapa en el prensa estopa si es “Cabillas Pesadas”.
Figura 101. Medición del efecto de Contrabalanceo [18]
.
Si la unidad es “Pesas Pesadas” y es necesario encadenarla, debe entonces tratar de
detenerla tan cerca como sea posible a los 90º o 270º, en la carrera descendente. Con los
frenos de la unidad accionados, enrolle una cadena resistente alrededor de la grapa de la barra
pulida y sujétela al cabezal del pozo. Sujétela en un lugar resistente del cabezal para evitar
daños. Luego, libere el freno y grabe el efecto de contrabalanceo (Las cargas en la barra pulida
en ese punto). Luego arranque la unidad momentáneamente y deténgala nuevamente para
liberar la tensión en la cadena. Tan pronto como detenga la unidad y la cadena afloje, accione
el freno y remueva la cadena. Si la unidad es “Cabilla Pesada” y necesita apoyarse, entonces
proceda de la siguiente manera: Detenga la unidad tan cerca como le sea posible a los 90º o
270º en la carrera ascendente. Con el freno accionado, instale una grapa en la barra pulida
justo arriba del cabezal. Luego, lentamente libere el freno y cuando la unidad detenga el
movimiento, grabe las cargas del efecto de contrabalanceo. Para remover la grapa de la barra,
arranque momentáneamente la unidad y luego deténgala (para remover las cargas de la grapa)
e inmediatamente accione el freno. Luego, remueva la grapa y deje la unidad bombeando.
Figura 102. Punto del Efecto de Contrabalance [18]
.
Longitud de la Carrera y Emboladas por Minuto, spm.
Longitud de carreras exactas y medidas de emboladas por minuto son muy importantes
cuando se analiza el comportamiento del sistema de bombeo. La longitud de la carrera puede
medirse con una cinta de medida sujetándola en el elevador de la unidad al inicio de la carrera
ascendente. Una forma más conveniente es anotar el número del hoyo de la manivela, y
obtener la longitud de la carrera de los catálogos de las unidades. Para medir las emboladas
por minuto con exactitud (SPM), utilice un cronómetro. Medir el tiempo para varias emboladas
(por ejemplo 10) y luego dividir el número de emboladas por el número de minutos
medidos. Por ejemplo, si se miden 50 segundos para diez emboladas entonces las emboladas
por minuto serán:
Tiempo=50 segundos x 1 min./60 segundos = 0.83 minutos
SPM= Strokes/minuto = 10/0.83 = 12.05 strokes por minuto.
Nota: Cuando mida el tiempo para calcular las emboladas por minuto, utilice un punto fácil de
referencia en la embolada para arrancar el cronómetro. Por ejemplo, si se arranca al inicio de la
carrera ascendente entonces haga lo siguiente:
Cuando la grapa de la barra pulida esta al final de la carrera descendente inicie el cronómetro.
El próximo momento en que la grapa de la barra este nuevamente al final de la carrera
descendente significará la embolada número 1 y así sucesivamente. Cuando cuente 10
emboladas, detenga el cronómetro. Escriba el número de segundos transcurridos y calcule
finalmente las emboladas por minuto como se describió con anterioridad.
Carta Dinagráfica de Fondo
Usar cartas dinamométricas de fondo, también llamadas “Cartas Dinagráficas” ofrece
una más directa detección de mal funcionamiento de la bomba que las cartas de superficie.
Figura 103. Carta de Superficie y Carta de fondo generada a través de la solución de la
Ecuación de Onda, software Xdiag [18]
.
Ajuste de Líneas para Separar Fricción de Carga de Fluido Real
Al resolver la ecuación de onda para calcular la carta dinagráfica de fondo, se asume
una fricción uniforme entre las cabillas y la tubería, pero debido a que tal fricción es diferente en
cada pozo, es imposible saber cuánta fricción usar para resolver la ecuación de onda.
Afortunadamente, no es necesario conocer la fricción exacta para obtener resultados útiles. Al
resolver la ecuación de onda para calcular la carta dinagráfica de fondo es mejor subestimar la
fricción de las cabillas en lugar de sobreestimarla. Al sobreestimar la fricción de las cabillas, la
ecuación de onda eliminará más carga de la carta dinagráfica de fondo que lo que debería. Esto
se traduciría en una forma errada de carta dinagráfica de fondo. En consecuencia, se
recomienda usar un bajo coeficiente de fricción durante la solución de la ecuación de onda al
calcular la carta dinagráfica de fondo. Por ejemplo, la fricción cabilla-tubería en RODDIAG
(Programa de diagnóstico para pozos con bombeo mecánico) es 1.0 por defecto, esto es menos
que la fricción real en la mayoría de los casos. El único efecto colateral de esta práctica es que
las cartas dinagráficas de fondo calculadas serán “más gordas” que lo real porque la ecuación
de onda remueve sólo parte de la carga de fricción. Las fuerzas de fricción remanentes
aparecen como carga extra en la carta dinagráfica de fondo. En el ejemplo de la figura 104, la
carta dinagráfica calculada real se parecerá más a la figura 105. Esta forma de carta dinagráfica
sigue siendo útil al identificar que la bomba está golpeando fluido. Sin embargo, para obtener la
carga de fluido necesaria para calcular la entrada de presión a la bomba, es necesario ahora
remover las fuerzas de fricción excedentes. Esto se puede hacer dibujando dos líneas
horizontales como en la figura 105, la carga sobre la línea superior y bajo la línea inferior es
fricción. La distancia entre las dos líneas horizontales es la carga de fluido real.
Para dibujar correctamente las líneas horizontales se debe tener experiencia en
interpretación de formas de cartas dinagráficas. También se debe tener una idea de cuánta
fricción cabilla-tubería existe en el pozo. Si asumimos que las fricciones en ascenso y descenso
son casi iguales, entonces para el caso de golpe de fluido se pueden dibujar las líneas como en
la figura 105. La línea horizontal superior intercepta la “nariz” de la carta dinagráfica. Esto divide
la fricción equitativamente entre ascenso y descenso. La línea inferior se dibuja de manera tal
que remueva casi la misma cantidad de fricción que la línea superior. Para golpe de fluido, el
ajuste de las líneas es sencillo porque la carta dinagráfica de fondo tiene una nariz. También, ya
que la bomba golpea fluido, el nivel de fluido debe estar cerca de la entrada a la bomba. Una
vez decidido dónde colocar las líneas cuando el pozo golpea fluido se puede usar la misma
ubicación con llenado completo. Si el pozo no golpea se puede disparar un nivel de fluido y
tomar una carta dinagráfica al mismo tiempo. Luego se calcula la carta dinagráfica de fondo, se
ajustan las líneas horizontales de manera que concuerden con el nivel de fluido. Se elimina
igual cantidad de fricción el la carrera ascendente y la descendente. Desde este momento, se
usa el mismo ajuste de líneas cada vez que se analiza el pozo.
Sin embargo, se debe recordar que hay otros factores que pueden afectar la exactitud
de la presión de entrada a la bomba y el nivel de fluido calculados. Como se ve en la ecuación
165, el cálculo de la carga de fluido depende de la exactitud de los valores para Pa y Ap. Como
se ve en la ecuación 166, depende del valor promedio de gravedad específica del fluido en la
tubería. Este número puede afectar la exactitud de la presión de entrada a la bomba y el nivel
de fluido efectivo calculado por RODDIAG. Al estimar la gravedad específica del fluido en
tubería se debe considerar el agua, gas y petróleo producidos. Si el pozo está produciendo sólo
petróleo y agua con poco gas se puede calcular la gravedad específica del fluido de esta
manera:
BFPD
BWPDSGBOPDSGSG woil
t
Se puede convertir la gravedad del petróleo en grados API a gravedad específica así:
APISGoil
5.131
5.141
En pozos productores de gas se debe considerar el gas libre en la tubería al estimar la
gravedad específica promedio en la tubería. Esto se puede lograr mediante correlaciones de
flujo multifásico si se tienen los datos o por ensayo y error. Una forma de revisar la gravedad
específica estimada del fluido es usando programas computarizados de diseño para predecir la
carta dinagráfica del pozo en cuestión. Si la gravedad específica estimada es correcta, la carta
predictiva debe coincidir con la tomada en campo (asumiendo que la bomba esta en buenas
condiciones mecánicas). El ajuste de líneas para determinar la carga del fluido sólo debe
hacerse para cartas dinagráficas de fondo que muestren buena condición mecánica de la
bomba. Si la bomba está gastada, no puede tomar toda la carga del fluido. Entonces, si se
colocan líneas horizontales en tales cartas se obtendrán resultados errados. Además, es difícil
colocar las líneas en cartas tales como fuga en válvula viajera o bomba gastada. La mayoría de
los programas computarizados permiten calcular la presión de entrada a la bomba y nivel de
fluido implementando la técnica de colocar líneas horizontales en la carta dinagráfica de fondo.
Figura 104. Cálculos de la carga de fluido por stroke desde uno calculado por una carta dinamométrica
con modelos de fricción exacto [18]
.
Figura 105. Determinación de la carga de fluido y Total del la bomba por stroke desde uno calculado por
una carta dinamométrica de fondo [18]
.
Acción de la Válvula como Función de la Presión del Barril de la Bomba
Para bombear fluido, tanto la válvula fija como la viajera deben abrir y cerrar durante el
ciclo de bombeo. Si alguna válvula permanece abierta o cerrada, no se bombeará fluido.
Respecto a la figura 106, para que la válvula viajera abra, la presión del barril de la bomba Pb
debe exceder la presión Pa sobre la bomba. Para que la válvula fija abra, Pb debe ser menor
que la entrada de presión a la bomba Pi. Si la bomba está en buenas condiciones mecánicas y
con llenado completo, al inicio de la carrera ascendente la válvula viajera cierra y la válvula fija
abre. Similarmente, al inicio de la carrera descendente la válvula viajera abre y la válvula fija
cierra. En consecuencia, se forma el paralelogramo característico de bomba llena. Para otras
formas de cartas tales como fuga en válvulas, interferencia por gas y otros problemas, la
explicación de la forma de la carta dinagráfica es un poco más compleja. En la mayoría de los
casos, comprender cómo cambia la presión del barril de la bomba durante el ciclo de bombeo
es la clave para entender las formas de las cartas de fondo.
Figura 106. Acción de la Bomba [18]
.
Longitud de Embolada “Aparente” Vs. “Efectiva”
El recorrido neto es menor o igual al recorrido neto aparente dependiendo de la cantidad
y presión de gas en la bomba. La razón para esta diferencia se debe a que cuando la presión
en el barril de la bomba es suficiente para abrir la válvula viajera en la carrera descendente hay
una capa de gas comprimido en la bomba, Aunque la presión en el barril de la bomba es lo
suficientemente alta para abrir la válvula viajera, la capa de gas comprimido reduce el recorrido
neto (que produce fluido) y por ende, hay menos fluido producido por embolada que lo indicado
por la forma de la carta. La siguiente imagen ilustra lo que sucede en la bomba cuando hay un
llenado incompleto y la diferencia entre recorrido aparente y recorrido efectivo del pistón. A
menor carga de fluido (es decir cuanto más somero sea el pozo), mayor diferencia habrá entre
los recorridos real y aparente. La diferencia puede ser mayor en pozos someros con bajo
volumen. Esto se debe a que no se necesita mucha presión en la bomba para abrir la válvula
viajera en la carrera ascendente. Entonces, una porción significativa del recorrido neto del
pistón se debe a gas comprimido, no a líquido. En pozos profundos, la presión en el barril de la
bomba en la carrera descendente debe ser muy alta para contrarrestar la gran presión
hidrostática de fluido sobre la válvula viajera en la carrera descendente. Por lo tanto, cuando
abre la válvula viajera y la carga de fluido es transferida de la válvula viajera a la válvula fija, el
gas en la bomba es transferido a un volumen muy pequeño. Esto hace que la diferencia entre el
recorrido aparente y el recorrido neto del pistón sea muy pequeña. El desplazamiento neto se
calcula usando el recorrido neto del pistón y debe concordar con la producción real del pozo.
Figura 107. Diferencia entre la carrera neta y la aparente debida a llenado incompleto [18]
.
Cálculo de Presión de entrada a la Bomba y Nivel de Fluido
Como se ve en la figura 107, durante el ciclo de bombeo la carga del fluido sobre el
pistón va a depender del nivel de fluido, la gravedad específica del fluido y las presiones de
revestidor y tubería. Se puede usar una carta dinagráfica de fondo obtenida con un programa de
ecuación de onda para estimar la presión de entrada a la bomba y el nivel de fluido. La carga
del fluido (Fo) sobre el pistón de la bomba dependerá de presión sobre y bajo él, ó:
ApPbPaFo . . . . . . . (167)
Donde:
Fo = Carga de fluido sobre el pistón (Lbs)
Pa = Presión sobre el Pistón (psi)
Pb = Presión en el barril de la bomba bajo el Pistón (psi)
Ap = Área del pistón de la bomba (pulg2)
Ya que sólo hay un pequeño salto de presión entre la entrada de presión a la bomba y el
barril de la bomba podemos remplazar Pb con Pi en la ecuación 167 y obtenemos:
ApPiPaFo . . . . . . . (168)
Con la siguiente ecuación se puede calcular la presión Pa si se conoce la gravedad
específica promedio del fluido producido en la tubería:
tt PLSGPa 433.0 . . . . . . (169)
Donde:
0.433 = Gradiente de presión de agua (psi/pie)
SGt = Gravedad específica promedio del fluido en tubería
L = Profundidad de la bomba (pies)
Pt = Presión en tubería (psi)
La presión de entrada a la bomba se puede calcular mediante la ecuación 170:
Ap
FoPaPi . . . . . . . (170)
Pa se puede calcular con la ecuación 169 y Ap según el diámetro del pistón como se ve
en la figura 106. La carga del fluido (Fo) se obtiene de la carta dinagráfica de fondo como
muestra la figura 106. Las dos líneas horizontales dibujadas en la carta dinagráfica de la figura
106 separan las fuerzas de fricción de la carga real de fluido sobre el pistón. Más adelante se
explica cómo se trazan esas líneas. Podemos asumir que se puede obtener Fo a partir de una
carta dinagráfica de fondo. Sin embargo, ya que el cálculo de la carga de fluido depende de
cómo se dibujan dichas líneas, la entrada de presión a la bomba calculada mediante la
ecuación 170 es una aproximación. Conociendo cómo colocar las líneas horizontales y la
gravedad específica promedio del fluido producido, entonces, la ecuación 170 da resultados
exactos. Luego se puede usar la presión de entrada a la bomba para determinar cuánto más
fluido puede producir el pozo o si el pozo está achicado. Sin embargo, muchas personas están
más familiarizadas con el nivel de fluido que con la presión de entrada a la bomba. Por eso, es
útil poder obtener el nivel de fluido usando éste método. Como se ve en la figura 106, se puede
despejar una ecuación para presión de entrada a la bomba desde el revestidor así:
PcSGcHPi 433.0 . . . . . . (171)
Donde:
H = Nivel de fluido (Pies sobre la bomba)
SGc = Gravedad específica del fluido en el revestidor
Pc = Presión en el revestidor (psi)
Luego de calcular la presión de entrada a la bomba con la ecuación 170, podemos
despejar H en la ecuación 171:
SGc
PcPiH
433.0 . . . . . . . (172)
H son los pies de fluido sobre la bomba. Se puede calcular el nivel de fluido desde
superficie (correspondiente a un disparo de nivel de fluido) así:
HLFL . . . . . . . . (173)
Donde:
FL = Nivel de fluido desde la superficie (pies)
L = Profundidad de la bomba (pies)
H = Nivel de fluido (Pies sobre la bomba)
Como muestra la ecuación 172, se debe conocer la gravedad específica del fluido en la
tubería. Si el pozo está produciendo petróleo, entonces se puede asumir que el fluido en el
anular es petróleo. Esto se debe a que el petróleo, por ser más liviano que el agua, flota
encima. Sin embargo, si hay mucho gas o vapor burbujeando a través del fluido del revestidor,
es difícil obtener una gravedad específica exacta para el fluido en el revestidor. Además, aún si
se pueden calcular los pies de fluido espumoso sobre la bomba, no sería un dato significativo o
útil a menos que se conozca el gradiente de dicho fluido. Una forma más práctica de usar la
ecuación 172 es calcular un nivel de fluido “efectivo” usando la misma gravedad específica del
fluido en la tubería o usando la gravedad específica del petróleo. Sustituyendo SGt por SGc en
la ecuación 172 se pueden calcular los pies “producibles” de fluido sobre la bomba. Por
ejemplo, para un fluido muy espumoso, se puede descubrir que 300 pies de fluido sobre la
bomba equivalen a 5 pies de fluido con la misma gravedad específica que en la tubería. Si esto
es así, entonces no se puede esperar producción adicional.
Cálculo de la Carga de Fluido y Recorrido Neto del Pistón
Para calcular la carta dinagráfica de fondo usando la ecuación de onda se debe asumir
una fricción promedio entre las cabillas y la tubería. El programa computarizado utiliza este
número para calcular las cargas en la tracción de las cabillas mientras la bomba sube y baja. Si
se pudiera modelar la cantidad exacta de fricción en las cabillas, el programa de ecuación de
onda podría calcular con exactitud la carta dinagráfica de fondo. Por ejemplo, para golpe de
fluido, el programa calcularía una carta dinagráfica similar a la de la figura 104. Por ahora, es
suficiente saber que no hay suficiente fluido para llenar la bomba, en la carrera descendente la
válvula viajera permanece cerrada hasta que el pistón golpea la superficie del fluido. En
consecuencia, para la primera parte de la carrera descendente la carga de fluido permanece
alta hasta que el pistón golpea el fluido y la válvula viajera abre. Aquí, la distancia entre las
líneas de tope y de base en la carta dinagráfica es la carga de fluido sobre el pistón. El recorrido
total de la bomba es el movimiento total del pistón como se ve en la figura 104. La embolada
neta es la porción del recorrido de la bomba durante la cual el pistón se mueve a través del
fluido en la bomba. En otras palabras, embolada neta es la porción de recorrido de la bomba
que produce fluido.
Interpretación de Cartas Dinagráficas
Explicación detallada de las formas de las cartas dinagráficas de fondo
El análisis diagnóstico de los problemas en bombas de subsuelo usando comparación
de cartas dinamométricas con formas conocidas es bastante simple, siempre y cuando la carta
dinagráfica de fondo calculada coincida con una forma conocida. El diagnóstico se dificulta
cuando la carta tomada difiere de las formas conocidas. Para detectar con precisión problemas
en las bombas se deben comprender las razones detrás de las formas de las cartas
dinagráficas. Se debe entender cómo la condición mecánica de la bomba y la presión del fluido
afectan la forma de la carta dinagráfica. La siguiente explicación detallada de formas comunes
de cartas dinagráficas facilitará este conocimiento.
Interferencia por Gas
La figura 108 muestra una típica carta dinagráfica de fondo para interferencia por gas.
Para entender por qué la carta tiene tal forma debemos ver en detalle los cambios de presión en
el barril de la bomba durante el ciclo de bombeo. La figura 108 muestra lo que sucede en la
bomba en puntos clave del ciclo de bombeo. Debemos recordar que la presión en el barril de la
bomba debe ser mayor que la presión sobre el pistón para abrir la válvula viajera. Para abrir la
válvula fija, la presión en el barril de la bomba debe ser menor a la presión de entrada a la
bomba. La presión en la tubería sobre el pistón de la bomba permanece constante durante todo
el ciclo. La entrada de presión a la bomba también permanece constante ya que ésta depende
del nivel de fluido en el revestidor. Cuando hay interferencia por gas una mezcla de líquido y
gas libre están entrando en la bomba. A continuación una explicación detallada de cómo la
carga en el pistón cambia durante la carrera ascendente y la descendente:
1. En el punto A, el pistón comienza a subir. Sin embargo, antes que la válvula fija pueda abrir,
la presión en el barril de la bomba debe ser menor que la entrada de presión a la bomba. El
pistón se mueve de A hasta B antes que la presión en el barril caiga lo suficiente para recoger
completamente la carga del fluido y abra la válvula fija. Desde A hasta B el pistón está
expandiendo el gas en la bomba. Si no hubiere gas en el barril de la bomba, la presión caería
muy rápido y la válvula fija abriría tan pronto el pistón comience a subir. Pero, debido al gas
libre en la bomba, una parte significativa de la embolada se desperdicia expandiendo gas en
lugar de producir más líquido. Espaciando el pistón más cerca del fondo de la bomba se podría
minimizar ésta perdida de recorrido debido a la expansión de gas.
2. En el punto B, la carga del fluido es soportada completamente por el pistón, la válvula fija
está abierta, y el fluido está entrando en el barril de la bomba. Esto continúa durante el resto del
recorrido hasta el punto C.
3. En el punto C, el pistón de la bomba ha alcanzado el tope de su recorrido y se acerca a una
parada momentánea antes de empezar a descender.
4. En el punto D, el pistón se está moviendo hacia abajo. La válvula viajera está cerrada ya que
la presión sobre ella es mayor que la presión debajo.
Debido a que la presión del barril está aumentando, la carga en las cabillas está bajando.
5. En el punto E, el pistón ha bajado más y ha comprimido la mezcla de gas y líquido en la
bomba a una presión aún mayor. Esto reduce aun más la carga de las cabillas. Ya que la
presión en este punto sigue siendo menor que la presión sobre el pistón, la válvula viajera
continúa cerrada.
6. En el punto F, el pistón ha bajado lo suficiente para comprimir el fluido en el barril a una
presión mayor que la que está sobre el pistón. En este instante la válvula viajera abre y el fluido
en el barril de la bomba es transferido a la tubería. La válvula viajera permanece abierta durante
el resto de la carrera descendente.
Durante la carrera ascendente, el pistón tubo que moverse desde A hasta B antes que la
válvula fija abriera. El recorrido de A hasta B no produjo fluido alguno.
Similarmente, en la carrera descendente el pistón tubo que moverse desde C hasta F antes que
la válvula viajera abriera. De nuevo, esta parte del recorrido no produjo fluido. En consecuencia,
el recorrido neto aquí es desde B hasta F como se ve en la figura 108 ya que es la única parte
del ciclo de bombeo donde se produce fluido. Note que debido a la interferencia del gas, el
recorrido neto (de B a F) es pequeño comparado con el recorrido total (de A a C). Esto explica
por qué la eficiencia del sistema es baja con interferencia por gas.
Figura 108. Interferencia de gas. Bomba mal espaciada [18]
.
Golpe de Fluido
La figura 109 muestra lo que sucede en la bomba cuando el pozo se achica y existe
golpe de fluido, en el punto A el pistón comienza a subir. La válvula viajera cierra, y la válvula
fija abre. Desde A hasta B, el fluido está entrando en el barril y el pistón soporta toda la carga
del fluido. Sin embargo, debido a que no hay suficiente fluido para llenar el barril de la bomba, al
final de la carrera ascendente la bomba está parcialmente llena con fluido y parcialmente llena
con gas a baja presión. Al iniciar la carrera descendente, al no haber fluido para abrir la válvula
viajera, permaneció cerrada. La carga en el pistón permanece alta (excepto por una pequeña
caída debido a la fricción cabilla-tubería), hasta que el pistón golpea el fluido en el punto D. En
este instante, la válvula viajera abre y el fluido se transfiere rápidamente del pistón a la tubería.
Debido a que en este punto el pistón está viajando cerca de su máxima velocidad, el pistón, el
barril de la bomba y las cabillas están sujetos a un fuerte impacto como se ve en la figura 109.
Este impacto del pistón sobre el fluido a alta velocidad es la causa de muchos problemas
asociados a golpe de fluido.
Figura 109. Golpe de Fluido. (Tubería Anclada) [18]
.
Fuga en Válvula Viajera o en Pistón
Una fuga por la válvula viajera o por el pistón son problemas muy comunes. La figura
110 ayuda a explicar la forma de una carta dinagráfica de fondo que corresponde a una válvula
viajera o un pistón con fuga. La principal característica de la forma de esta carta dinagráfica es
lo redondeado en la mitad superior de la carta. Esto sucede porque la válvula viajera o el pistón
no pueden tomar completamente la carga del fluido como sucede en una carta de bomba llena.
Al iniciar el pistón su carrera
ascendente, toma lentamente la carga
del fluido. Pero, debido a que el
fluido se está fugando hacia el
barril de la bomba, la presión
en el barril de la bomba no cae lo
suficientemente rápido para que el
pistón recoja la carga completa del
fluido. Dependiendo de la
severidad de la fuga, el pistón podrá
o no recoger completamente la carga del fluido. La carga máxima de fluido en el pistón ocurre
aproximadamente a la mitad de la carrera donde el pistón viaja a su máxima velocidad. Sin
embargo, después de este punto, al bajar la velocidad del pistón, la fuga de fluido provoca una
pérdida de carga en el pistón. El paso del fluido del pistón hacia el barril, hace aumentar la
presión dentro del barril de la bomba. Esto se traduce en menos y menos carga de fluido sobre
el pistón a medida que su velocidad se reduce hacia el final de su recorrido. En la carrera
descendente, cuando la válvula viajera abre y la carga de fluido es transferida a la tubería, la
fuga en la válvula viajera o el pistón no tiene efecto alguno. Por tanto, la carga del fluido durante
la carrera descendente permanece constante e iguala la fuerza de flotación en el fondo de la
sarta de cabillas.
Figura 110. Fuga en Válvula Viajera o Pistón [18]
.
Fuga en la Válvula Fija
Como muestra la figura 111, la forma de una carta dinagráfica de fondo correspondiente
a fuga en la válvula fija es una imagen de espejo de la forma de una carta para fuga en la
válvula viajera o pistón. Para comprender la forma de una fuga por válvula fija debemos
recordar que una carta dinagráfica de fondo representa los cambios de carga contra posición
justo sobre el pistón. En la carrera ascendente, al iniciar el pistón su movimiento hacia el punto
A, la válvula viajera cierra y el pistón recoge la carga del fluido. Simultáneamente la válvula fija
abre permitiendo que el fluido entre en el barril de la bomba. Hasta este punto, la fuga en la
válvula fija no tiene efecto sobre la carga en el pistón. Al iniciar la bomba su carrera
descendente la válvula fija gastada tiene un impacto significativo sobre la carga del pistón y de
allí la forma de la carta. Si la válvula fija está en buenas condiciones, al iniciar el pistón su viaje
descendente comprime el fluido en el barril de la bomba. Esto hace que la presión en el barril de
la bomba aumente rápidamente a una presión mayor que la presente sobre el pistón. Esto abre
la válvula viajera y transfiere la carga del fluido de las cabillas a la tubería. Sin embargo, debido
al desgaste de la válvula fija, la presión en el barril de la bomba no puede aumentar con
suficiente rapidez ya que el fluido se está fugando a través de la válvula fija. Entonces, para que
la presión en el barril de la bomba aumente con suficiente velocidad para liberar por completo la
carga del fluido del pistón a la tubería, el pistón debe moverse rápido para sobreponerse a la
fuga. Dependiendo de la severidad de la fuga puede no ser posible liberar completamente la
carga del fluido. La carga mínima de fluido sobre el pistón durante la carrera descendente
ocurre aproximadamente a la mitad de la carrera cuando el pistón tiene su máxima velocidad.
Después de este punto. Mientras el pistón desacelera, la fuga de fluido provoca aumento de
carga en el pistón. Al pasar el fluido por la válvula fija disminuye la presión dentro del barril de la
bomba. Esto resulta en un aumento cada vez mayor de la carga de fluido sobre el pistón
mientras su velocidad disminuye hacia el final de la carrera descendente.
Figura 111. Fuga Válvula Fija [18]
.
Tubería no Anclada
Cuando la tubería no está anclada o si el ancla no está sujetando, la forma de la carta
dinagráfica de fondo para bomba llena se inclina a la derecha. La figura 112 ayuda a explicar la
razón de esta forma. Para comprender esta forma recordemos que cuando la válvula viajera
abre durante la carrera descendente, la carga del fluido es transferida del pistón a la tubería a
través de la Válvula fija. Esto provoca estiramiento de la tubería. Cuando la válvula viajera cierra
durante la carrera ascendente, se transfiere la carga de fluido de la tubería a las cabillas. Esto
hace que la tubería retorne a su posición no-estirada como se ve en la figura 112. Cuando el
pistón comienza a subir en el punto A, la válvula viajera empieza a tomar la carga del fluido
mientras la presión en el barril de la bomba comienza a caer. Cuando el pistón comienza a
tomar la carga del fluido de la tubería, la tubería empieza a contraerse. En un primer momento
la tubería y la válvula fija suben a la misma razón que el pistón. Ya que la distancia relativa
entre la válvula viajera y la fija permanece constante, la carga en el pistón no cambia. Al
aumentar la velocidad del pistón, rápidamente alcanza la tasa de contracción de la tubería y en
el punto B, el pistón ha recogido más del 50% de la carga del fluido. Finalmente, en el punto C,
la tubería ha retornado a su posición no-estirada y el pistón ha recogido completamente la carga
del fluido. De C a D la válvula viajera ha
cerrado, la válvula fija está
abierta, y el pistón soporta la
carga de fluido. Por lo tanto, la carga
de fluido en el pistón permanece
constante.
Figura 112. Tubería Desanclada o Ancla de tubería no sujeta [18]
.
Ancla de Tubería Mal Funcionamiento
Si el ancla de tubería funciona mal, puede resultar en una carta dinagráfica de fondo con
forma similar a la de la figura 113, en el punto A, al empezar el ascenso del pistón, el ancla de
tubería esta reteniendo y el pistón empieza a recoger la carga del fluido. En el punto B, el ancla
de tubería se afloja y sube.
Cuando esto sucede, la tubería (y la válvula viajera) están subiendo a la misma
velocidad que el pistón. Durante el corto período de tiempo que esto ocurre (desde B hasta B´),
la distancia relativa entre la válvula viajera y la válvula fija permanece constante y no suceden
cambios de carga. Pero, a medida que el pistón aumenta su velocidad, rápidamente recoge
toda la carga del fluido en el punto C. Como se ve en la figura 113, del punto B´ hasta C la carta
dinagráfica tiene la forma característica de tubería desanclada. Durante el resto de la carrera
ascendente (desde el punto C hasta el punto D) nada más cambia y por ello la carga continúa
constante. Cuando el pistón empieza a moverse hacia abajo, el ancla de tubería se mantiene
desde D hasta E pero se mueve en E resultando en una forma similar a la de la carrera
ascendente.
Figura 113. Mal función del ancla de tubería [18]
.
Pistón Golpeando Abajo
Cuando el pistón esta espaciado muy bajo, puede estar golpeando el fondo al final de la
carrera descendente. Cuando esto ocurre, la forma de la carta dinagráfica de fondo es similar a
la forma de la figura 114, la única diferencia entre esta forma y la forma de una carta dinagráfica
de bomba llena es el pico de carga justo al final de la carrera descendente. Como muestra esta
Figura, al golpear el pistón el fondo en el punto D, un gran golpe compresivo reduce la carga del
pistón y explica la punta al final de la carrera descendente. Cuando el pistón golpea el tope de
la bomba, un pico de carga similar aparece justo al final de la carrera ascendente.
Figura 114. Pistón golpeando el fondo. (Bomba Llena) [18]
.
Barril de la Bomba Doblado o Pegándose
La figura 115 ayuda a explicar la forma para un barril de bomba doblado o pegándose.
En el punto A el pistón está por debajo de la sección doblada y la carga sobre el pistón es la
misma que para bomba llena. Cuando el pistón alcanza la dobles en el punto B, la carga sobre
el pistón aumenta ya que el pistón debe escurrirse por esta porción del barril de la bomba. La
carga del pistón llega al máximo en el punto C y luego baja mientras el pistón se aleja de la
dobles. En la carrera descendente, la carga sobre el pistón es normal hasta que el pistón llega
al punto malo en el barril en el punto E. Luego de este punto, la carga del pistón decrece hasta
el punto F, y luego regresa a la normalidad después que el pistón se aleja de la porción doblada
del barril de la bomba.
Figura 115. Barril del pistón Abollado o atascado [18]
.
Barril de la Bomba Gastado o Partido
Cuando el barril de la bomba está gastado o partido, la carta dinagráfica de fondo puede
tener una forma como la de figura 116, desde el principio de la carrera ascendente en el punto
A hasta el punto gastado en el barril, las cargas son normales. Cuando el pistón atraviesa la
porción gastada del barril en C, una fuga de líquido pasa el pistón causando una caída de carga
hasta que el pistón pasa la sección gastada y se establece de nuevo un buen sello entre el
pistón y el barril. En la carrera descendente, ya que la válvula viajera permanece abierta, la
carga del pistón parece normal. Sin embargo, si el barril de la bomba está gastado, se puede
ver un aumento de carga correspondiente al mismo punto. Esto puede suceder si la sección
gastada causa suficiente pérdida de presión en el barril de la bomba para que la válvula viajera
comience a tomar la carga del fluido.
Figura 116. Barril dañado o perforado [18]
.
Alta Aceleración del Fluido (Inercia del Fluido)
La figura 117 es un ejemplo de una forma de carta dinagráfica de fondo con bomba llena
de un pozo Grupo 2 (Profundidad de la bomba menor a 4000 pies y diámetros del pistón
mayores a 2”). Debido a que estos pozos tienen pistones grandes y son someros (menos de
4000 pies), la presión sobre el pistón no es constante en la carrera ascendente. Cuando la
válvula viajera cierra al principio de la carrera ascendente, el pistón recoge y acelera toda la
columna de fluido. Esto coloca una onda de presión en el fluido en la tubería que viaja subiendo
por la tubería, se refleja en superficie, y baja de nuevo. La inercia del fluido en la tubería hace
aumentar la carga del pistón mientras éste realiza la carrera ascendente y acelera el fluido
sobre él. En el punto B el pistón alcanza su valor máximo. Luego mientras el pulso de presión
asciende por la columna de fluido, la carga del pistón cae hasta que la onda de presión viaja por
la tubería y se refleja nuevamente abajo. Al alcanzar ésta onda reflejada al pistón, aumenta la
carga del pistón pero no tanto como antes.
Figura 117. Alta aceleración de fluido. (Bomba Llena) [18]
.
Como se ve en la figura 117, la carga del pistón para los pozos Grupo 2 está
influenciada no sólo por la carga hidrostática del fluido en la tubería si no también por los
efectos dinámicos de la inercia del fluido. En consecuencia, las formas de las cartas
dinagráficas de superficie y de fondo son afectadas por el tamaño del pistón, profundidad de la
bomba, velocidad de bombeo, etc. Esto dificulta diagnosticar problemas en bombas ya que las
formas de las cartas dinagráficas de fondo no se pueden comparar con formas fijas de cartas.
Para comprender cómo la forma de las cartas dinagráficas de superficie y de fondo son
afectadas por parámetros de sistema en pozos del Grupo 2, se debe contar con un programa
predictivo de ecuación de onda que modele la dinámica tanto de la sarta de cabillas como del
fluido en la tubería. El programa RODDSTAR usa dos ecuaciones de onda (una para las
cabillas y una para el fluido en tubería) para simular los pozos del Grupo 2. La figura 118,
muestra el efecto de la profundidad de la bomba en un ejemplo de sistema de bombeo Grupo 2
con las siguientes características:
Profundidad de la bomba: 500´ - 2500´
Nivel de fluido: 100´ sobre la bomba
Sarta de cabillas: API 77, Grado D
Diámetro del pistón: 2.75”
Unidad de bombeo: C-228-173-100
Longitud de embolada: 103”
Velocidad de bombeo: 12 spm
Como se ve en la figura 118, ambas cartas dinagráficas de fondo, la de superficie y la de
fondo, muestran diferencias significativas de forma a diferentes profundidades. Todas estas
formas corresponden a bomba llena y son cartas predictivas del programa RODSTAR. Estas
predicciones son muy cercanas a las mediciones dinamométricas reales para pozos del Grupo
2 (diámetro del pistón mayor a 2”, prof. De la bomba < 4000 pies y altas tasas de producción).
Ya que los efectos de inercia del fluido son dinámicos, están significativamente influenciados
por la velocidad de bombeo. La figura 119 muestra el efecto de los spm sobre la forma de las
cartas dinagráficas de fondo en un pozo de 1500´ con las siguientes características:
Profundidad de la bomba: 1500´
Nivel de fluido: 100´ sobre la bomba
Sarta de cabillas: API 66, Grado D
Diámetro del pistón: 2.75”
Unidad de bombeo: C-228-173-100
Longitud de embolada: 103”
Velocidad de bombeo: 8 - 14 spm
Como muestra la figura 119, un cambio de spm puede significativamente afectar tanto
las formas de las cartas dinagráficas de fondo como las de superficie en pozos del Grupo 2
(diámetro del pistón mayor a 2”, prof. De la bomba < 4000 pies y altas tasas de producción).
Otro parámetro del sistema con fuerte impacto sobre las formas de las cartas dinagráficas de
fondo y de superficie es el tamaño del pistón. En la figura 120 se ve el efecto del tamaño del
pistón sobre una carta dinagráfica de fondo en un pozo con las siguientes características:
Profundidad de la bomba: 1500´
Nivel de fluido: 100´ sobre la bomba
Sarta de cabillas: API 66, Grado D
Diámetro del pistón: 2.75” - 3.75”
Unidad de bombeo: C-228-173-100
Longitud de embolada: 103”
Velocidad de bombeo: 12 spm
Figura 118. Efecto de la profundidad de la bomba en la forma de la carta para pozos grupo 2 [18]
.
Figura 119. Efecto de SPM en la forma de la carta para pozos grupo 2 [18]
.
Figura 120. Efecto del tamaño del pistón en la forma de la carta dinagráfica para pozos grupo 2 [18]
.
Combinación de dos o más problemas de Bomba
Al analizar pozos del Grupo 1 (diámetro del pistón menor a 2”, y prof. De la bomba <
4000 pies / cualquier diámetro del pistón y prof. > 4000 pies), si la carta dinagráfica de fondo
calculada coincide con una de las formas mostradas en las figuras de cartas dinagraficas típicas
(Capitulo siguiente), es fácil determinar cuál es el problema. Sin embargo, con frecuencia
podemos hallar formas que corresponden a una combinación de condiciones de la bomba. Esto
hace considerablemente más difícil decir qué está pasando. Cuando ocurren dos o más
problemas de bomba de subsuelo simultáneamente, la carta dinagráfica calculada será una
combinación de todos los problemas. Por ejemplo, la figura 121 muestra la forma
correspondiente a una combinación de tubería desanclada y fuga en la válvula viajera o en el
pistón. La inclinación a la izquierda en la carta de tubería desanclada y la inclinación a la
izquierda de la carta de válvula viajera con fuga se suman para dar una inclinación mayor. Las
inclinaciones en el lado derecho de las cartas están en direcciones opuestas. Por lo tanto se
cancelan una a otra, dando un lado vertical a la carta combinada. Este ejemplo muestra cómo
se pueden probar diferentes combinaciones de condiciones de bombas que pueden resultar en
la forma de la carta de fondo calculada con el programa de diagnóstico computarizado.
Figura 121. Superposición de la forma de carta dinagráfica [18]
.
Procedimiento para el diseño de un Sistema de Levantamiento artificial por Bombeo
Mecánico [19]
Rangos de Aplicación
Los rangos de aplicación para el sistema por bombeo mecánico que a continuación se
mencionan, son los parámetros más comunes en este tipo de bombeo:
1. Gravedad API entre 8.5 y 40° API.
2. Profundidad entre 400’ y 9000’.
3. Relación gas – petróleo de 500 SCF. crudo.
4. Tasa de fluido, entre 20 y 2000 BNPD.
Criterios de Selección
Para la selección de este método de producción es requerida una gran cantidad de
información para garantizar los niveles de producción y vida útil esperados, dicha información
se condensa de la siguiente forma:
1. Comportamiento de afluencia del pozo:
Se debe conocer los datos como: el índice de productividad (IP), la presión estática
(Pws), la presión de fondo fluyente (Pwf) y el caudal máximo (Qmáx), ya que a partir de esta
información es posible determinar si el método es aplicable, y así mismo dimensionar y
seleccionar los equipos a emplear.
2. Características de los fluidos producidos:
GRAVEDAD API DEL CRUDO: muchas correlaciones de viscosidad, presión de
burbujeo y gas en solución son muy sensibles a la gravedad API.
VISCOSIDAD DEL CRUDO: los crudos pesados originan pérdidas por fricción en las
tuberías, las cuales deben ser absorbidas por la bomba, disminuyendo así su eficiencia,
además de ello, incrementa el torque requerido por las cabillas y la potencia de los
motores, puede estimarse con ayuda de correlaciones o realizar medidas con crudo
muerto o un análisis PVT.
CORTE DE AGUA Y PRESENCIA DE ARENA Ó PORCENTAJE DE AGUA Y
SEDIMENTOS (%AYS): el agua tendrá un efecto en la densidad del fluido en la tubería
de producción (gradiente hidrostático), mientras que la arena conduce a un desgaste
rápido de los equipos, incremento en el torque de las cabillas y de la potencia en el
motor.
RELACIÓN GAS-PETROLEO (RGP): es necesario conocer este valor para definir el
asentamiento de la admisión de la bomba de subsuelo, y minimizar así la entrada de gas
a la bomba, considerando el nivel dinámico y el punto de burbujeo.
3. Características del yacimiento:
TEMPERATURA Y PRESION DEL YACIMIENTO: la temperatura afecta la viscosidad
del crudo y la presión se utiliza para determinar la capacidad de levantamiento de la
bomba y caracterizar la afluencia del pozo, con ello se determina el caudal máximo y el
índice de productividad.
GAS INICIAL EN SOLUCIÓN Y PRESIÓN DE BURBUJA: son parámetros esenciales
para determinar la curva de afluencia adecuada según sea el caso.
4. Datos del pozo:
GEOMETRÍA DEL POZO: es necesario conocer la profundidad del pozo y registros
reales de desviación, para de esta forma poder garantizar que el sistema de bombeo
mecánico convencional pueda ser instalado en el fondo, debido a que este se encuentra
limitado para pozos altamente desviados. La principal limitante es que se incrementa de
manera considerable las cargas sobre el balancín y el desgaste de las cabillas aún
cuando se han logrado pozos exitosos con ángulos mayores a 70º de inclinación con el
uso de centralizadores y en pozos con una inclinación de 15º por cada 1000 pies de
profundidad.
COMPLETACIÓN DEL POZO: se requieren conocer los diámetros y posición de
los revestidores, profundidad del colgador, perforaciones, empaques, etc., para la
selección adecuada de la bomba de subsuelo.
5. Condiciones de superficie:
Presión y temperatura del cabezal: la presión del cabezal afecta la capacidad de
levantamiento de la bomba y la temperatura se utiliza para determinar la viscosidad del
crudo en superficie.
Presión y temperatura de separación (general y prueba): son importantes para la
determinación de la RGP.
Geometría de la línea de flujo: se requiere para estimar la presión del cabezal cuando
ésta no se puede medir.
Pasos para el Diseño
Para el diseño de un sistema de levantamiento artificial por bombeo mecánico se
tomaron en cuenta una serie de pasos detallados a continuación:
Paso 1: Determinar la capacidad de aporte de fluidos de la formación productora.
Calcular el IP (Índice de Productividad), esta propiedad comúnmente medida permite
conocer el potencial del pozo o su capacidad de producir. Para su cálculo se utiliza como base
la tasa de producción del pozo, la presión estática, la presión de burbujeo y la presión de fondo
fluyente.
El Índice de Productividad es calculado de acuerdo a los valores de las presiones de
burbuja y de fondo fluyente, cuando Pwf > Pb, Pwf = Pb, Pwf < Pb. Estimación de la tasa
máxima permisible (Qmax), utilizando la Ecuación de Vogel para conocer la cantidad de barriles
producidos por día.
Si no se cuenta con los parámetros o propiedades de los fluidos el programa puede
realizar PVT sintéticos por medio de las correlaciones comúnmente utilizadas en el mercado.
Paso 2: Establecer la oferta de energía a nivel de la bomba (PIP).
En este paso se requieren los siguientes datos para el cálculo de las variables:
Temperatura de la arena Ty, (ºF)
Temperatura ambiente Ts, (ºF)
Profundidad de la arena Dperf, (pies)
Fracción de agua fw, (adimensional)
Relación gas petróleo RGP, (pcn/bn)
Gravedad API del Crudo (API)
Gravedad Especifica del Agua (w)
Profundidad de asentamiento de la bomba Db, (pies)
Presión del cabezal Pwh, (lpc)
Presión a la entrada de la bomba PIP, (lpc)
Presión del revestidor CHP, (lpc)
Eficiencia del ancla EFIC, (%)
Las variables a calcular son:
Gradiente geotérmico,
Dperf
TsTy F/pie)(º Ggt
Fracción de petróleo.
fo (adimensional) = 1 - fw
Relación Gas-Liquido.
RGL (pcn/bn)= fo * RGP
Gravedad específica del petróleo,
API 131,5
141,5 (adim)
o
Gravedad específica de la mezcla,
(m) (adim)= fo * o + fw * m
Gradiente de la mezcla,
Gm (lpc/pie)= 0,433 * m
Distancia en pies entre la bomba-arena,
H (pies)= Dperf - Db
Nivel estático del fluido,
Gm
Pw h- Pe Dperf (pies) NS
Sumergencía,
Gm
CHP - PIP (pies) Sumerg (No debe ser menor que la mínima)
Nivel Dinámico
ND (pies)= Dperf – Sumerg
Paso 3: Especificar el Porcentaje de Gas libre a la Entrada de la Bomba y los
Requerimientos de Energía.
Calcular la fracción de gas que entra en la bomba esto se realiza conociendo los valores
de las tasas de flujo de petróleo, agua y gas. Fg (%)= (Qg / Qt) * 100, donde Qg es la tasa de
flujo de gas y Qt es la tasa total de flujo a la entrada de la bomba bpd.
Calcular la Relación Gas Petróleo nueva llamada así por ser recalculada a la entrada de
la bomba. Utilizando el porcentaje de eficiencia del ancla, la relación gas petróleo ya conocida y
la relación gas petróleo en solución.
RGPnueva (pcn / bn)= (1 – 0,01 * EFIC)*(RGP – Rs) + Rs
Calcular la Relación Gas líquido nueva, ya que si se utiliza ancla de gas debe ser usada
para el cálculo de la presión de descarga Pdesc.
RGLnueva (pcn / bn)= RGPnueva * fo
Calculo de los requerimientos de energía utilizando la Presión de descarga (Pdesc), si
se usa ancla de gas se utiliza la Presión de Descarga a la Relación Gas Liquido nueva
(RGLnueva) y la Presión de Entrada a la Bomba (PIP).
Delta_ P= (Pdesc – PIP)
Paso 4: Determinar la Tasa de Producción Total a la Succión de la Bomba.
En este paso se utilizara la tasa total de flujo a la entrada de la bomba obtenida en el
paso anterior.
Qt (bpd)= Qo + Qw + Qg
Paso 5: Seleccionar la Unidad de Bombeo
Determinar el Desplazamiento Teórico,
PD (lbs)= Qt / Ev
Qt: Tasa total de flujo a la entrada de la bomba.
Ev: Eficiencia volumétrica de la bomba.
Usando el Gráfico de Kelly y Willis (Figura 122), con los datos de la Profundidad de
Asentamiento de la Bomba (Db) y Desplazamiento Teórico (PD), se selecciona:
La unidad de bombeo con el Torque máximo (Tmax)
La carrera máxima (Smáx).
Figura 122. Grafico de Kelly y Willis [19]
.
Posteriormente, el Programa usando los valores obtenidos de Tmax y Smáx, selecciona
de la Tabla Tamaño de unidades de Bombeo (Tabla 46), las unidades disponibles, que soporten
los requerimientos de:
Torque máximo permisible (Tmaxp)
Carrera máxima permisible (Smaxp)
Carga máxima permisible (Cmaxp)
Tabla 46. Unidades de Bombeo, Especificaciones API. 11E Clase III
[19] [20].
Paso 6: Precisar el Diámetro del pistón de la Bomba.
Asumir una Velocidad de Bombeo Na (SPM).
Calcular el Diámetro del Pistón Dpcalc en función del Desplazamiento Teórico PD y una
Carrera efectiva del pistón Spa igual al 90% de la Embolada máxima Smáx.
Dpcalc (pulg) = [PD / (0.1166 * Spa * Na)] ½
Con el valor de Dpcalc, se selecciona el Diámetro del Pistón Dp (pulg) de acuerdo con
los disponibles en el mercado luego se recalcula la Velocidad de Bombeo N utilizando la
ecuación anterior.
N (SPM) = [PD / 0.1166 * Spa * (Dp) 2]
Nota: Verificar la compatibilidad entre el tamaño de la bomba y de la tubería de
producción.
Paso 7: Diseñar de la Sarta de Cabillas (Método API RP 11L).
Usando la Tabla de la API (Tabla 47) para la Selección de Bomba y cabillas, se
obtienen, la Combinación de Cabillas y del Diámetro del Pistón.
Tabla 47. Datos de Bombas y Cabillas
[19].
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Diám. del Peso de la Constante
Comb. Pistón cabilla de elasticidad Factorde Salta de cabilla, % Li de cada cabilla
Cab. en pulg. en lbs/pie en Pulg. Frecuencia
Wr Er Fc 1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 ½
44 All 0.726 1.990 x 10-6
1.000 - - - - - 100
54 1.06 0.908 1.668 x 10-6
1.138 - - - - 44.6 55.4
54 1.25 0.929 1.633 x 10-6
1.140 - - - - 49.5 50.5
54 1.50 0.957 1.584 x 10-6
1.137 - - - - 56.4 43.6
54 1.75 0.990 1.525 x 10-6
1.122 - - - - 64.6 35.4
54 2.00 1.027 1.460 x 10-6
1.095 - - - - 73.7 26.3
54 2.25 1.067 1.391 x 10-6
1.061 - - - - 83.4 16.6
54 2.50 1.108 1.316 x 10-6
1.023 - - - - 93.5 6.5
55 All 1.135 1.270 x 10-6
1.000 - - - - 100.0 -
64 1.06 1.164 1.318 x 10-6
1.229 - - - 33.3 33.1 33.5
64 1.25 1.211 1.318 x 10-6
1.215 - - - 37.2 35.9 26.9
64 1.50 1.275 1.318 x 10-6
1.184 - - - 42.3 40.4 17.3
64 1.75 1.341 1.318 x 10-6
1.145 - - - 47.4 45.2 7.4
65 1.06 1.307 1.138 x 10-6
1.098 - - - 34.4 65.6 -
65 1.25 1.321 1.127 x 10-6
1.104 - - - 37.3 62.7 -
65 1.50 1.343 1.110 x 10-6
1.110 - - - 41.8 58.2 -
65 1.75 1.369 1.090 x 10-6
1.114 - - - 46.9 53.1 -
65 2.00 1.394 1.070 x 10-6
1.114 - - - 52.0 48.0 -
65 2.25 1.426 1.045 x 10-6
1.110 - - - 58.4 41.6 -
65 2.50 1.460 1.018 x 10-6
1.099 - - - 65.2 34.8 -
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Comb. Cab.
Diám. Del Piston en
pulg.
Peso de la cabilla
en lbs/pie
Constante de elasticidad
en Pulg.
Factorde Frecuencia
Salta de cabilla, % Li de cada cabilla
Wr Er Fc 1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 ½
65 2.75 1.497 0.990 x 10-6
1.082 - - - 72.5 27.5 -
65 3.25 1.574 0.930 x 10-6
1.037 - - - 88.1 11.9 -
66 All 1.634 0.883 x 10-6
1.000 - - - 100 - -
75 1.06 1.566 0.997 x 10-6
1.191 - - 27.0 27.4 45.6 -
75 1.25 1.604 0.973 x 10-6
1.193 - - 29.4 29.8 40.8 -
75 1.50 1.664 0.935 x 10-6
1.189 - - 33.3 33.3 33.3 -
75 1.75 1.732 0.892 x 10-6
1.174 - - 37.8 37.0 25.1 -
75 2.00 1.803 0.847 x 10-6
1.151 - - 42.4 41.3 16.3 -
75 2.25 1.875 0.801 x 10-6
1.121 - - 46.9 45.6 7.2 -
76 1.06 1.802 0.616 x 10-6
1.072 - - 28.5 71.5 - -
76 1.25 1.814 0.812 x 10-6
1.077 - - 30.6 69.4 - -
76 1.50 1.833 0.804 x 10-6
1.082 - - 33.8 66.2 - -
76 1.75 1.855 0.795 x 10-6
1.088 - - 37.5 62.5 - -
76 2.00 1.880 0.785 x 10-6
1.093 - - 41.7 58.3 - -
76 2.25 1.908 0.774 x 10-6
1. 096 - - 46.5 53.5 - -
76 2.50 1.934 0.764 x 10-6
1.097 - - 50.8 49.2 - -
76 2.75 1.967 0.751 x 10-6
1.094 - - 56.5 43.5 - -
76 3.75 2.039 0.722 x 10-6
1.078 - - 68.7 31.3 - -
76 3.75 2.119 0.690 x 10-6
1.047 - - 85.3 17.7 - -
77 All 2.224 0.649 x 10-6
1.000 - - 100.0 - - -
85 1.06 1.883 0.873 x 10-6
1.261 - 22.2 22.4 22.4 33.0 -
86 1.25 1.943 0.841 x 10-6
1.253 - 23.9 24.2 24.3 27.6 -
87 1.50 2.039 0.791 x 10-6
1.232 - 26.7 27.4 26.8 19.2 -
88 1.75 2.138 0.738 x 10-6
1.201 - 29.6 30.4 29.5 10.5 -
86 1.06 2.058 0.690 x 10-6
1.151 - 22.6 23.0 54.3 - -
86 1.25 2.087 0.690 x 10-6
1.156 - 24.3 24.5 51.2 - -
86 1.50 2.133 0.690 x 10-6
1.162 - 26.8 27.0 46.3 - -
86 1.75 2.185 0.690 x 10-6
1.164 - 29.4 30.0 40.6 - -
86 2.00 2.247 0.690 x 10-6
1.161 - 32.8 33.2 33.9 - -
86 2.25 2.315 0.690 x 10-6
1.153 - 36.9 36.0 27.1 - -
86 2.50 2.385 0.690 x 10-6
1.138 - 40.6 39.7 19.7 - -
86 2.75 2.455 0.690 x 10-6
1.119 - 44.5 43.3 12.2 - -
87 1.06 2.390 0.612 x 10-6
1.055 - 24.3 75.7 - - -
87 1.25 2.399 0.610 x 10-6
1.058 - 25.7 74.3 - - -
87 1.50 2.413 0.607 x 10-6
1.062 - 27.7 72.3 - - -
87 1.75 2.430 0.603 x 10-6
1.066 - 30.3 69.7 - - -
87 2.00 2.450 0.598 x 10-6
1.071 - 33.2 66.8 - - -
87 2.25 2.472 0.594 x 10-6
1.075 - 36.4 63.6 - - -
87 2.50 2.496 0.588 x 10-6
1.079 - 39.9 60.1 - - -
87 2.75 2.523 0.582 x 10-6
1.082 - 43.9 56.1 - - -
87 3.25 2.575 0.570 x 10-6
1.084 - 51.6 48.4 - - -
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Comb. Cab.
Diám. Del Piston en
pulg.
Peso de la cabilla
en lbs/pie
Constante de elasticidad
en Pulg.
Factorde Frecuencia
Salta de cabilla, % Li de cada cabilla
Wr Er Fc 1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 ½
87 375 2.641 0.556 x 10-6
1.078 - 61.2 38.8 - - -
87 4.75 2.793 0,522 x 10-6
1.038 - 83.6 16.4 - - -
88 All 2.904 0,497 x 10-6
1.000 - 100.0 - - - -
96 1.06 2.382 0.670 x 10-6
1.222 19.1 19.2 19.5 42.3 - -
96 1.25 2.435 0.655 x 10-6
1.224 20.5 20.5 20.7 38.3 - -
96 1.50 2.511 0.633 x 10-6
1.223 22.4 22.5 22.8 32.3 - -
96 1.75 2.607 0.606 x 10-6
1.213 24.8 25.1 25.1 25.1 - -
96 2.00 2.703 0.578 x 10-6
1.196 27.1 27.9 27.4 17.6 - -
96 2.25 2.806 0.549 x 10-6
1.172 29.6 30.7 29.8 9.8 - -
97 1.06 2.645 0.568 x 10-6
1.120 19.6 20.0 60.3 - - -
97 1.25 2.670 0.563 x 10-6
1.124 20.8 21.2 58.0 - - -
97 1.50 2.707 0.556 x 10-6
1.131 22.5 23.0 54.5 - - -
97 1.75 2.751 0.548 x 10-6
1.137 24.5 25.0 50.4 - - -
98 1.06 3.068 0.475 x 10-6
1.043 21.2 78.8 - - - -
98 1.25 3.076 0.474 x 10-6
1.045 22.2 77.8 - - - -
98 1.50 3.089 0.472 x 10-6
1.048 23.8 76.2 - - - -
98 1.75 3.103 0.410 x 10-6
1.051 25.7 74.3 - - - -
98 2.00 3.118 0.468 x 10-6
1.055 27.7 72.3 - - - -
98 2.25 3.137 0.465 x 10-6
1.058 30.1 69.9 - - - -
98 2.50 3.157 0.463 x 10-6
1.062 32.7 67.3 - - - -
98 2.75 3.180 0.460 x 10-6
1.066 35.6 64.4 - - - -
98 3.25 3.231 0.453 x 10-6
1.071 42.2 57.8 - - - -
98 3.75 3.289 0.445 x 10-6
1.074 49.7 50.3 - - - -
98 4.75 3.412 0.428 x 10-6
1.064 65.7 34.3 - - - -
99 All 3.676 0.393 x 10-6
1.000 100.0 - - - - -
1 1/4 1 1/8 1 7/8 3/4 5/8
107 1.06 2.977 0.524 x 10-6
1.184 16.9 16.8 17.1 49.1 - -
107 1.25 3.019 0.517 x 10-6
1.189 17.9 17.8 18.0 46.3 - -
107 1.50 3.085 0.506 x 10-6
1.195 19.4 19.2 19.5 41.9 - -
107 1.75 3.158 0.494 x 10-6
1.197 21.0 21.0 21.2 36.9 - -
107 2.00 3.238 0.480 x 10-6
1.195 22.7 22.8 23.1 31.4 - -
107 2.25 3.336 0.464 x 10-6
1.187 25.0 25.0 25.0 25.0 - -
107 2.50 3.435 0.447 x 10-6
1.174 26.9 27.7 27.1 18.2 - -
107 2.75 3.537 0.430 x 10-6
1.156 29.1 30.2 29.3 11.3 - -
108 1.06 3.325 0.447 x 10-6
1.097 17.3 17.8 64.9 - - -
108 1.25 3.345 0.445 x 10-6
1.101 18.1 18.6 63.2 - - -
108 1.50 3.376 0.441 x 10-6
1.106 19.4 19.9 60.7 - - -
108 1.75 3.411 0.437 x 10-6
1.111 20.9 21.4 57.7 - - -
108 2.00 3.452 0.432 x 10-6
1.117 22.6 23.0 54.3 - - -
108 2.25 3.498 0.427 x 10-6
1.121 24.5 25.0 50.5 - - -
108 2.50 3.548 0.421 x 10-6
1.124 26.5 27.2 46.3 - - -
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Comb. Cab.
Diám. Del Piston en
pulg.
Peso de la cabilla
en lbs/pie
Constante de elasticidad
en Pulg.
Factorde Frecuencia
Salta de cabilla, % Li de cada cabilla
Wr Er Fc 1 1/4 1 1/8 1 7/8 3/4 5/8
108 2.75 3.603 0.415 x 10-6
1.126 28.7 29.6 41.6 - - -
108 3.25 3.731 0.400 x 10-6
1.123 34.6 33.9 31.6 - - -
108 3.75 3.873 0.383 x 10-6
1.108 40.6 39.5 19.9 - - -
109 1.06 3.839 0.378 x 10-6
1.035 18.9 81.1 - - - -
109 1.25 3.845 0.378 x 10-6
1.036 19.6 80.4 - - - -
109 1.50 3.855 0.377 x 10-6
1.038 20.7 79.3 - - - -
109 1.75 3.867 0.376 x 10-6
1.040 22.1 77.9 - - - -
109 2.00 3.880 0.375 x 10-6
1.043 23.7 76.3 - - - -
109 2.25 3.896 0.374 x 10-6
1. 046 25.4 74.6 - - - -
109 2.50 3.911 0.372 x 10-6
1. 048 27.2 72.8 - - - -
109 2.75 3.930 0.371 x 10-6
1.051 29.4 70.6 - - - -
109 3.25 3.971 0.367 x 10-6
1.057 34.2 65.8 - - - -
109 3.75 4.020 0.363 x 10-6
1.063 39.9 60.1 - - - -
109 4.75 4.120 0.354 x 10-6
1.066 51.5 48.5 - - - -
(Dp) seleccionado los siguientes parámetros:
Peso de las cabillas Wr, (lb/pie).
Constante de elasticidad de las cabillas Er, (pulg/lb-pie).
Porcentaje de cada sección de cabillas, (% Li).
Factor de Frecuencia Fc.
Tabla 48. Data de Tuberias
[19].
1 2 3 4. 5
Elastic Outside Insdde Metal Constant,
Tubing Díameter, Diameter, Area, in. per lb ft Size in. in. sq. in. Et
1.900 1.900 1.610 0.800 0.500 x 10-6
2 ⅜ 2.375 1.995 l.304 0.307 x 10-6
2 ⅞ 2.875 2.441 1.812 0.221 x 10-6
3 ½ 3.500 2,992 2.590 0.154 x 10-6
4 4.000 3.476 3.077 0.130 x 10-6
4 ½ 4.500 3.958 3.601 0.111 x 10-6
Tabla 49. Data de Cabillas [19]
.
1 2 3 4
Rod Size
Metal Area, Sq in.
Rod Weight in air,
lb per ft Wr
Elastic Constant, in. per lb ft
Er
½ 0.196 0.72 1.990 x 10-6
⅝ 0.307 1.13 1.270 x 10-6
¾ 0.442 1.63 0.883 x 10-6
⅞ 0.601 2.22 0.649 x 10-6
1 0.785 2.90 0.497 x 10-6
1 ⅛ 0.994 3.67 0.393 x 10-6
Tabla 50. Constantes de las Bombas
[19].
De la tabla 48 para el Cálculo de la constante Elástica de Tubería, en función del tamaño
de la tubería se obtiene:
La constante de elasticidad de la tubería Et, (pulg/lb-pie)
Calcular la Longitud de cada sección de cabillas,
Li (pies)=Db * (% Li)
Paso 8: Determinar la Carrera Efectiva del Pistón (Sp) y el Desplazamiento Teórico
de la Bomba (Pdcalc). (Método API RP 11L).
Con los datos de:
Gravedad Especifica del Fluido f
Diámetro del Pistón seleccionado Dp, (pulg)
Nivel Dinámico ND, (pies)
Longitud de la Carrera de Superficie S (pulg)
1 2 3 4
Plunger Diameter
In. D
Plgr. Diam. Squared
Sq.in. D2
Fluid Load Pump Factor
(.1166 x D2)
Factor
lb per ft
(.340 x D2)
1 1/16 1.1289 0.384 0.132
1 ¼ 1.5625 0.531 0.182
1 ½ 2.2500 0.765 0.262
1 ¾ 3.0625 1.041 0.357
2 4.0000 1.360 0.466
2 ¼ 5.0625 1.721 0.590 2 ½ 6.2500 2.125 0.729
2 ¾ 7.5625 2.571 0.882
3 ¾ 14.0625 4.781 1.640
4 ¾ 22.5625 7.671 2.631
Para fluidos con gravedad espicífica de 1,00
Obtener las Variables Adimensionales con las siguientes ecuaciones:
Diferencia de la Carga de Fluido sobre Área Total del Pistón
Fo (lbs) = 0, 34 * Yf * (Dp2) * ND
Constante Elástica de Estiramiento Total de la Sarta de Cabillas
(1/ Kr) pulg/lbs= Er * Db
Carga necesaria para el Estiramiento Total de la Sarta de Cabillas
S/Kr lbs= S / (1/ Kr)
Porcentaje de Estiramiento de la Cabilla debido al fluido
(Fo/Skr) = Fo / Skr
Relación de los SPM para una Frecuencia Natural de una Sarta de Cabilla Uniforme
(N/No) = (N * Db) / 245000
Relación de los SPM para una Frecuencia Natural de una Sarta de Cabilla Combinada
(N/No’)= (N/No) / Fc
Constante Elástica de la porción de la Sarta de Tubería sin anclar
1/ Kt (pulg/lbs) = Et * Db
Calcular la Carrera Efectiva, a partir de la siguiente ecuación:
Sp pulg = (Sp/S) * S – Fo (1/ Kt)
(Sp/S): Se obtiene de la siguiente grafica, a partir de los valores calculados de (N/No’) y
(Fo/Skr)
Figura 123. Relación Adimensional (Sp/S) Para calcular la carrera efectiva del pistón [19]
.
Calcular el Desplazamiento Teórico
Pdcalc (bpd) = 0, 1166 * (Dp2)* Sp * N
Calcular la Tasa total de Producción correspondiente a Sp, a partir de:
qtotal_calc (bpd) = Pdcalc * Ev (0,8)
Nota: Si qtotal_calc no satisface los requerimientos de producción ajuste los datos
asumidos en el Paso 6 y repita el procedimiento a partir de ese paso.
Paso 9: Establecer las características de operación del equipo seleccionado
(Método API RP 11L), Carga Máxima (PPRL), Carga Mínima (MPRL) y Torque Máximo (PT).
Obtener previamente los parámetros adimensionales, en función de N/No y Fo/Skr
Figura 124. Relación Adimensional para calcular la Carga Máxima en la Barra Pulida F1/Skr [19]
.
Figura 125. Relación Adimensional para calcular la Carga Mínima en la Barra Pulida F2/Skr [19]
.
Figura 126. Relación Adimensional para calcular el Torque Máximo en la
Caja de Engranajes 2T/S2kr [19]
.
Calcular:
Carga Máxima en la Barra Pulida
PPRL (lbs) = Wrf + [(F1/Skr) * Skr]
Donde:
Peso Total de Cabillas en el Aire
W (lbs) = Wr * Db
Peso Total de Cabillas en Flotación
Wrf (lbs) = W (1 – 0,128 * f)
Carga Mínima en la Barra Pulida
MPRL (lbs) = Wrf - [(F2/Skr) * Skr]
Torque Máximo
PT (HP) = (2T /S2.Skr) * Skr *(S/2) * Ta
Valor de Ajuste para Corregir Torque Máximo
Ta = 1 + {[(Wrf / Skr – 0,3) / 0,1] * (%ta/100)}
Donde:
Valor de Ajuste en porcentaje (%ta), mostrado en la siguiente figura, se obtiene en
función de (N/No’) y (Fo/Skr) y donde Wrf / Skr debe estar por encima de 0,3.
Figura 127. Valor de Ajuste para corregir el Torque Máximo [19]
.
Paso 10: Verificar los Límites Máximos de Operación.
Calcular la Fracción de Carga Máxima utilizada:
PPRL / Cmaxp (debe ser < 1)
Determinar la Fracción de Torque Máximo usado:
PT / Tmaxp (debe ser < 1)
Conocer la Fracción de Esfuerzo Máximo Empleado y de Esfuerzo Mínimo
Emáx (lbs/pulg2) = PPRL / Art
Emin (lbs/pulg2) = MPRL / Art
Art: es el Área de la cabilla tope, calculada introduciendo el valor de Diámetro de cabilla
(D), por medio de la formula
Art (pulg2) = (3, 1416 * D2) / 4
Conocer la Fracción de Esfuerzo Máximo Permitido con la siguiente formula:
Emáx_perm = SF * T/4 + 0, 5625 * Emin (Goodman)
Rango de Esfuerzo Permitido = Emáx_perm – Emin.
Rango de Esfuerzo Usado = Emáx – Emin.
Relación de Rangos de esfuerzos
RR = Rango de Esfuerzo Usado / Rango de Esfuerzo Permitido (debe ser < 1)
Paso 11: Determinar los Requerimientos de potencia (PRHP)
Calcular los requerimientos de Potencia en la Barra Pulida a partir de:
PRHP = 2, 53.10-6 * (F3/Skr) * Skr * S * N
Figura 128. Relación adimensional F3/Skr, se obtiene en función de N/No y Fo/Skr [19]
.
Calcular los requerimientos de Potencia del Motor a partir de:
HPmotor = CLF. PRHP/ nmotor
CLF: Factor Cíclico de Carga (Escoger 1; 1.2; 1.5)
nmotor: Eficiencia del Motor 0,83
Durante la fase de diseño es importante desarrollar los criterios para la selección de la
unidad de bombeo y de los equipos de superficie que se utilizaran en el futuro. Esto puede
plantearse con una serie de flujogramas que se presenta a continuación:
Balancín
Cabezal
Balancín
Inicio
Datos Requeridos
Superficie Pozo Yacimiento
Temperatura del ambiente.
Temperatura en el separador.
ID de la línea de flujo.
Longitud de la línea de flujo.
Presión en el separador.
Profundidad de la bomba.
Surgencia minima permisible.
ID del revestidor.
ID del eductor.
% de eficiencia del ancla.
Combinación de las cabillas posible.
Grado de cabillas.
Ambiente (N,S,H).
Tubería anclada(S/N)
Gravedad API del crudo.
Gravedad especifica del agua.
Gravedad especifica del gas.
% A y S.
RGP.
Profundidad de la arena.
Temperatura de la arena.
Presión estática de la arena.
Presión de burbujeo.
Eficiencia de flujo.
Presión Fluyente de la arena.
% de gas permitido a la PIP.
A Nivel de yacimiento
Equipos a evaluar en el diseño.
Equipos a evaluar en el diseño.
Paso 1
Barra Pulida
Caja de engranaje.
Paso 11
Paso 9
Paso 10
Revestidor
Eductor
Ancla de Gas
Sarta de cabillas
Bomba de subsuelo
Paso 7
Paso 2 Paso 3 Paso 4 Paso 5 Paso 6
Figura 129. Metodología Propuesta para el Diseño de Bombeo Mecánico con Balancín.
Paso 1
Determinar la capacidad de aporte de fluidos de la formación productora.
Calcular IPR
Pozos Verticales Pozos Horizontales
Ec. Vogel Ec. Darcy Ec. Vogel Darcy. Para una EF=< 1
Sin Daño Con Daño
Calcular Curva de Oferta
Aplicar Ec. Jones, Glaze y Blont, considerando ΔPcañoneo.
Estimar maxima Tasa permisible qmax = JxPb/1,8
Determinar Problemas de conificación, avenamiento.
Paso 2
Establecer la oferta a nivel de la bomba
Gradiente Geotérmico Ggt=(Ty-Ts)/Prof. Perf.
Fracción de Petróleo. fo=1-fw.
Relación Gas Liquido RGL=fo*RGP
Gravedad especifica del petróleo. go=141,5/(131,5+API)
Gravedad específica de la mezcla. gm=go*fo+gw*fw
Gradiente de la mezcla Gm=0,4333*gm
Distancia entre la bomba y la arena H= Prof. Perf. - Db
Nivel Estatico del Fluido NS= Prof Perf. – (Pe-Pwh)/Gm
Con la correlacion de flujo multifasico obtener: PIP Temperatura Fluyente Profundidad de la bomba.
Sumergencia Sumerg=(PIP-CHP)/Gm
Nivel dinamico ND(pies)=Dperf-Sumerg.
Paso 3
Especificar el % de gas libre a la entrada de la Bomba y los requerimientos de energía.
PIPPesP
Calcular la Fracción de gas, Fg(%).
100*)/((%) qtQgFg
Calcular Pdes a la profundidad de la bomba, con la correlación de flujo multifásico apropiada.
Calcular RGP nueva.
RsRsRGPEFICbnpcnRGPnueva )(*)*01,01()/(
Calcular RGL nueva.
foRGPnuevablpcnRGLnueva *)/(
Calcular qt (bpd).
Calcular Qo
Calcular Rs
Calcular o
Calcular Z
Calcular g
Calcular Pb
Parámetros que se determinan por ecuaciones (Tablas).
Determinar la tasa de producción total, qt a PIP, Pb nueva, Pdes.
QgQwQoqt
Determinar Rs a PIP, a Pb nueva y a Pdes.
Determinar o a PIP, a Pb nueva y a Pdes.
Determinar g a PIP, a Pb nueva y a Pdes.
Determinar Qo a PIP, a Pb nueva y a Pdes.
qooQo *
Determinar Qw
qwwQw *
Determinar Qg a PIP, a Pb nueva y a Pdes.
)(** RsRGPqooQg
Paso 4
Seleccionar la Unidad de Bombeo.
Paso 5
Calcular qt prom.
Calcular PD.
Ev: Para diseño, se recomienda utilizar 0,8; con (Db) y (PD), se selecciona la Unidad de Bombeo, entrando al
grafico de Kelley y Willis, hallándose (Tmáx) y la (Smáx).
Paso 6
Precisar el diámetro del pistón de la Bomba, (Dp).
Asumir (Na)
Calcular diámetro de pistón, Dpcal.
Donde: Spa es el 90% de Smáx
Con Dpcal, seleccionar Dp de acuerdo a los disponibles en el mercado.
Calcular (Na) nuevamente.
Paso 7
Diseño de la Sarta de Cabillas (Método API RP 11L)
De la tabla 2 de la API para la selección de bomba y cabillas (ANEXO III) se obtiene:
Wr (Lbs/pie)
Calcular Li (pies)
Er
Et
%Li
Fc
En función de la combinación de cabillas y (Dp) seleccionado.
Paso 8
Calcular la carrera efectiva, Sp.
Donde (Sp/S) se obtiene de la figura 2 del Anexo III con (N/No’) y (Fo/Skr).
Obtener Skr,
Obtener (Fo/Skr),
Obtener N/No,
Obtener N/No’
Obtener 1/Kr
Calcular PDcalc correspondiente a Sp.
Calcular qtotal correspondiente a Sp.
Determinar la carrera efectiva de pistón (Sp) y el Desplazamiento teórico de la bomba (Pdcal)
Obtener Fo,
Obtener 1/Kt
Paso 9
Establecer las características de operación del equipo seleccionado. (Método API RP11L), carga máxima (PPRL), carga mínima (MPRL), torque máximo (PT).
Obtener Ta,
Donde (%ta) se obtiene de la figura 6 del Anexo III
(F2/Skr) de la figura 4 del Anexo III en función de N/No y Fo/Skr
(2T/S*Skr) de la figura 5 del Anexo III en función de N/No y Fo/Skr
Obtener W (Lbs),
Obtener Wrf (Lbs),
(F1/Skr) de la figura 3 del Anexo III en función de N/No y Fo/Skr
Calcular MPRL (Lbs)
Calcular PT
Calcular PPRL (Lbs)
Paso 10
Verificar los límites máximos de operación.
Determinar la fracción de torque máximo usado (PT/Tmáxp), la cual debe ser < 1.
Calcular la fracción de la carga máxima usada (PPRL/Cmáxp), la cual debe ser < 1.
Calcular Rango de Esfuerzo usado.
Calcular RR
Calcular Rango de Esfuerzo permitido.
Conocer la fracción de esfuerzo
máximo (máx) empleado. Siendo Art (Área de la cabilla tope, en plug
2)
Obtener máx (Lb/pulg2)
Obtener min (Lb/pulg2)
Obtener máx_perm
Obtener min (Goodman)
Paso 11
Determinar los requerimientos de potencia (PRHP).
Calcular la potencia del motor.
Donde CFL es el factor cíclico de carga y nmotor es la eficiencia del motor para diseño (0,83)
Calcular la potencia en la barra pulida.
Donde (F3/Skr) se obtiene del punto de partida de la figura 7 del anexo III.
Procedimiento de Diagnóstico del Método de Bombeo Mecánico
Baja Tasa de Producción asociada a Superficie [3]
Consiste en utilizar datos geológicos y de ingeniería de yacimientos para el diagnóstico y
solución de problemas operacionales en la completación y reparación de pozos, así como para
analizar su comportamiento. Es un método de planificación, diseño y solución de problemas
más comunes, en el cual se subdivide cada problema y operación en categorías básicas. Para
cada categoría básica se consideran las posibles causas, el ambiente operacional, los recursos
y las restricciones que podrían dar lugar al mal funcionamiento del sistema y por último la
posible solución con el fin de mejorar la producción.
Figura 130. Secuencia de Análisis de los Problemas que se pueden presentar en el Sistema Superficie,
en Pozos que Operan bajo Sistemas de Bombeo Mecánico [3]
.
Problemas Operacionales
Son todos aquellos problemas de origen mecánico ocasionados en el pozo durante la
reparación, instalaciones y/o modificaciones del mismo, debido a las diferentes condiciones a
los cuales es sometido. Estos inconvenientes pueden ser originados por desconocimiento o
negligencia del personal de operación el cual es el encargado del funcionamiento del mismo;
Entre los que pueden presentarse se tienen: fugas a través de las válvulas, fallas en la bomba,
fallas en las líneas de superficie, las cuáles trae como consecuencia daño prematuro y
permanente de los mismos elevando los costos del proyecto.
Problemas de Instalación del Equipo
Estos problemas son los causantes de fallas del sistema de levantamiento, fugas,
roturas u problemas de pérdida de presiones en el sistema y por consecuencia perdidas en la
producción del sistema. Por lo que es importante determinar la buena instalación de los equipos
PROBLEMAS EN SUPERFICIE ASOCIADOS AL SISTEMA DE BOMBEO MECANICO
OperacionalInstalación del
EquipoEquipos de Superficie
Líneas de Flujo en Superficie
Altas Presiones de
Separación
Cabezal del Pozo
del sistema de levantamiento tanto en subsuelo como en superficie y así prever cualquier falla
futura por causa de mala instalación del mismo.
La mayoría de los estudios realizados sobre fallas de cabillas, concluyen que más de la
mitad ocurren en conexiones (caja o pin). La causa de éstas, generalmente se explica por
malas operaciones de ajuste y la mejor manera de solucionar este problema es asegurar el
torque adecuado a las conexiones mediante el uso de tenazas de potencia capaces de
suministrar el desplazamiento circunferencial correcto.
Problemas con los Equipos de Superficie
En la tabla 51 se muestran los problemas más comunes con los equipos de superficie.
Tabla 51. Problemas con los Equipos de Superficie [3]
.
PROBLEMA POSIBLE CAUSA
Mal Funcionamiento de
los Equipos de Superficie
A) Reducción de la velocidad del motor principal.
B) Manómetro de registro continúo mal calibrado.
C) Mala Lubricación.
D) Mala estado de la barra pulida y conexiones superficiales.
E) Tamaño de la unidad, esta puede ser muy pequeña o muy
grande con respecto a la cantidad volumétrica a tensionar.
F) Diseño inadecuado del sistema de levantamiento.
G) Falla en la caja de engranaje y manivela.
H) Velocidad y tiro inadecuado de la Unidad.
I) Fallas en las cajas prensa estopa.
Mala Instalación de los
equipos de Superficie
A) Desgaste, fugas o fallas en los sellos de émbolos del lado
de los fluidos, en los sellos de la bomba o fugas en las líneas
de superficie.
B) Personal Ineficiente o con pocos conocimientos en el área.
Problemas en las Líneas de Flujo de Superficie
Las líneas de flujo sirven para transportar la producción de los pozos hasta las
Estaciones de Flujo. Su diseño depende de la distancia entre el pozo y la estación, así como del
flujo, presión y temperatura del fluido a nivel del cabezal de producción. Los problemas con las
líneas de flujo pueden ser identificados mediante la realización de mediciones en superficie,
como son: THP, PLF, CHP, Psep, etc. Los principales problemas que se pueden presentar en
las líneas de flujo en sistemas de Bombeo Hidráulico son:
Rotura/Fugas de la Línea de Flujo.
Obstrucción en la Línea de Flujo.
Las líneas de flujo no presentan revestimiento alguno, condición que induce pérdidas de
temperatura y un consiguiente incremento de la viscosidad del fluido, debilidad fundamental en
el transporte del crudo pesado de la Segregación Campo Tía Juana.
Es factible encontrar condiciones reales de operación, a nivel de pozos, donde se
conjuguen, crudos pesados (10 °API) con bajas temperaturas (menos de 100 °F) y alta
viscosidad (70000 cps o más), líneas de flujo de 4” de diámetro y longitud mayor a 500 m
(Áreas Periféricas Tía Juana). Ello trae como consecuencia, el denominado efecto “Seno" en las
cabillas (Bombeo Mecánico por balancín), que se traduce en altas presiones a nivel del cabezal,
disminución de la eficiencia volumétrica de bombeo (producción) y daños a nivel de la bomba
de subsuelo, cabillas, prensaestopas y sistema mecánico en general del balancín. Debido al
gran número de pozos existente, la longitud total asociada a líneas de flujo alcanza los 1737.4
Kms. en toda la Unidad.
Tabla 52. Problemas con las Líneas de Flujo Superficiales [3]
.
PROBLEMA POSIBLE CAUSA
Obstrucción de las Líneas de
Superficie
A) Línea de succión restringida por:
A.1) Basura, acumulación de incrustación, etc.
A.2) Válvula principal cerrada en línea de succión.
A.3) Instrumentos, filtros, válvulas check o de paso
no abren completamente u otras restricciones.
A.4) Curvas abruptas de 90º o "T" ciegas de 90º.
A.5) Alta viscosidad.
B) Línea de succión de tamaño inadecuado.
C) Cavitación a la succión de la bomba por conexión
incorrecta, restricción a la succión o gas atrapado.
Problemas de Fugas o perdidas
de fluido motriz en la Línea de
Superficie
A) Líneas de superficie sin revestimiento las cuales
causan pérdidas de temperatura.
B) válvulas desgastadas o rotas.
C) Formación de parafinas, obstrucción de las líneas
de flujo, o válvula.
D) Fuga en Cabezal del pozo.
Altas Presiones de Separación
Las altas presiones de separación en superficie es otro problema que se puede
presentar a nivel de superficie en Sistemas de Bombeo Mecánico. La separación para una, dos
o tres etapas esta regulada por factores como la presión de flujo en el cabezal. La presión con
que llega a la estación, la relación gas petróleo, la temperatura y el tipo de crudo. Para poder
diagnosticar los problemas que se puedan presentar en cuanto a las altas presiones de
separación se hace necesario tomar medidas en superficie como los son: THP, PLF, CHP,
Psep, entre otras mediciones.
La última etapa de separación ocurre en los tanques de almacenamiento, donde todavía
se desprende gas del petróleo, a una presión levemente mayor o igual a la atmosférica.
Cabezal del pozo
El cabezal del pozo esta diseñado para hacer el cierre del pozo en superficie, en
Sistemas de Bombeo Mecánico este puede tener diferentes configuraciones de diseño. En el
cabezal del pozo se instalan dispositivos, tales como un manómetro para verificar la presión del
flujo del pozo, un estrangulador (fijo o graduable) para regular el flujo del pozo y las válvulas
para cerrar el pozo y tener acceso al espacio anular en caso necesario. Los principales
problemas que se pueden presentar en el cabezal de pozo son ocasionados por fugas o fallas
en el mismo, desperfectos en el vástago pulido y el prensa estopa puede ocasionar derrames
leves o severos de petróleo los cuales con una acción de revisión y correctiva con prontitud
pueden ser corregidas.
Baja Tasa de Producción asociada al Pozo [3]
Este sistema esta formado por todos los equipos de subsuelo que componen en el
sistema de bombeo mecánico como son: Tubería de producción (Tubing). Anclas de gas,
cabillas, bombas de subsuelo (Barril o camisa, pistón, válvula fija y viajera).Por otro lado se
tomará en cuenta la disminución de la producción por problemas de restricciones mecánicas del
pozo. Este enfoque es usado para optimizar el comportamiento de pozos de petróleo y gas,
mediante el estudio de todo el sistema pozo.
Figura 131. Secuencia de Análisis de los Problemas que se pueden presentar en el Sistema Pozo, en Pozos que Operan bajo Sistemas de Bombeo Mecánico
[3].
Los pozos que producen por bombeo mecánico, tipo balancín, presentan una gran
variedad de desperfectos mecánicos que surgen de las características mismas del sistema
tanto en la superficie como en el mismo pozo desde el cabezal hasta el fondo. Fallas en la
fuerza eléctrica o fuerza mecánica (motor de combustión interna) que impulsa el balancín para
el bombeo, hacen que el tiempo perdido se transforme en merma de la cuota de producción de
pozo, fallas durante la reparación o completación como pescados dejados dentro del pozo,
fugas a través del revestidor, entre otros.
DISMINUCIÓN DEL ÍNDICE DE PRODUCTIVIDAD – ACELERACIÓN DE LA DECLINACIÓN DE LA PRODUCCIÓN
Comunicación Mecánica
Hueco en tubería
Sistema de Bombeo
Mecánico
Bomba de Subsuelo
Barril, pistón Válvula fija,
Válvula viajera
Sarta de Cabillas
Cabillas rotas o sueltas
Sarta de Producción
Obstrucción Colapso Pescado
Cabe destacar que todos los desperfectos que a continuación se muestran se detectan
en las pruebas de campo que se le realiza a los pozos y arrojan información del funcionamiento
de todo el equipo de levantamiento y completación.
Comunicación mecánica
Los problemas por comunicación mecánica causan pérdidas de producción e incremento
en los costos de operación del pozo; por comunicación de fluidos en el pozo lo cual perjudica la
producción causando perdidas de fluidos. A continuación se muestran las fallas por
comunicación mecánica más comunes.
Hueco en tubería: Es uno de los problemas más comunes en pozos petroleros
bajo el sistema de Bombeo Mecánico. Ya sea en la sarta de tubería, o revestidor,
Comúnmente la rotura se debe a las insuficiencias en la dinámica de la distribución de la
tensión que conducen a canalizaciones verticales intensas de la tensión una mala
distribución de fuerzas de tensión en el sistema lleva a que se tenga una tensión
adicional sobre la sarta de varillas que incrementa las posibilidades de roturas y daños.
Este problema tiende a causar huecos o roturas en la tubería ocasionando fugas en la
tubería, y por ende una comunicación mecánica ya que, se pierde fluido hacia otras
zonas o se puede producir retorno del mismo lo que altera la eficiencia de la bomba de
subsuelo. Es difícil predecir donde ocurrirá el contacto entre las varillas y la tubería de
producción así como donde se producirá el desgaste, este contacto activara cualquier
otro proceso que estén actuando para reducir la vida de servicio útil de la sarta de
varillas, causando fallas a raíz de la reducción del área transversal del componente
metálico, exponiendo superficies metálicas frescas a la acción corrosiva ,fallas entre las
conexiones en la sarta de varillas, proveniente del impacto y los daños a los bordes.
Desgaste en los sellos y empaques del sistema: El desgaste impide un buen sello
en las empaquetaduras produciendo comunicación entre dos o más zonas por el anular.
Falla de Cementación: Existen diversas razones que provocan el deterioro de la
adherencia del cemento, por ejemplo: la exposición a condiciones adversas de
temperatura, presión y bajo tiempo fraguado. Esto ocurre con mayor frecuencia si se han
producido problemas durante la cementación primaria, como zonas de baja presión,
migración de gas, entre otras.
Sistema de Bombeo Mecánico
Los principales problemas con el sistema de bombeo mecánico son:
1. Problemas con la Bomba de Subsuelo:
Bomba desgastada y/o dañada
Barril Doblado o Hendido por:
Desgaste por malas condiciones a la succión
Instalación inadecuada de la bomba
Barril Desgastado por:
Abrasivo en los fluidos por presencia de arena.
Corrosión
Mal funcionamiento de la bomba por cambios en las condiciones del pozo.
Alta viscosidad
Tamaño inadecuado de la bomba de subsuelo ya que puede ser muy grande y no
alojar suficiente fluido y / o ser muy pequeña no permitiendo así extraer suficiente
petróleo.
Golpe de Fluido
Bomba Desanclada
La bomba se ha desanclado
Bomba mal asentada
Bomba Bloqueada por gas
Exceso de gas libre en la cámara de la bomba, El gas libre causa interferencia de
gas en varias posiciones de la carrera descendente.
Daño por alto RGP, Relaciones gas aceite elevadas son un factor que puede
incrementar las posibilidades de interferencia y bloqueo por gas.
Yacimientos de gas en solución, En este tipo de yacimientos se genera flujo
de dos fases por debajo de la presión del punto de burbuja (líquido y gas), provocando
liberación de gas e incrementando la probabilidad de que se produzcan problemas
asociados al gas.
Falla, vencimiento y/o rotura del ancla de gas.
Mala instalación del ancla de gas.
Problemas con Golpe de Gas.
Bomba Arenada
Problemas por deposición de arena en la bomba, debido a la etapa de vida
del reservorio. Usualmente no existe data histórica de las arenas, y el enfoque está en
pronosticar las condiciones bajo las cuales podría ocurrir la producción de arena. Es
riesgo es mayor cuando el pozo esta en una etapa de declinación
Falla en la Completación del pozo, Según su duración va ser un factor que
influya en la producción.
Alta producción de finos y sólidos, Condiciones típicas de roca, pozo y
reservorio
Bombeo de doble etapa
Interferencia de gas
Golpe de fluido
2. Problemas con el Pistón (Pistón Golpeando Abajo, Pistón Golpeando
Arriba, Pistón Erosionado o Pistón Gastado)
Alta viscosidad, debido a que son crudos pesados de baja gravedad API. Bajo
nivel de fluido, posible formación taponada o depletación del yacimiento.
Falla en la bomba por desgaste de su vida útil.
Atascamiento o daño permanente de la bomba por materiales corrosivos y /o
abrasivos en los fluidos.
Requerimiento excesivo de presión por parte de la bomba debido a cambios en
las condiciones del pozo lo que disminuye la producción.
Falla en el fondo de la bomba de la unidad de bombeo
Mal funcionamiento de la bomba por paso de gas a través de la misma lo que
puede ocasionar un bloqueo o interferencia por gas y disminución por la tasa de
producción.
Falla o taponamiento del pistón lo que ocasiona que la bomba produzca un
bombeo errático con amplias variaciones de presión.
3. Problemas con Golpe de Fluido
Mal funcionamiento por bajo nivel del fluido debido a la válvula fija o la válvula
viajera dañada.
Depletación del yacimiento, debido a que existe disminución de la presión y
consecuentemente una menor cantidad de fluidos que aportar al pozo.
Poco control de la velocidad de llenado,
Agotamiento en los cambios de tiro (bomba operando).
4. Problemas con Válvulas
Daño por erosión en válvula viajera y /o fija, debido a fluidos abrasivos.
Falla de la bomba como: bloqueo por gas, arenamiento, o desgaste.
Funcionamiento inadecuado de las válvulas viajera y fija la cual ocasiona fugas.
Taponamiento total de las válvulas ocasionando aumento de la presión de
operación del sistema.
Daño por corrosión y desgaste de la válvula fija y/o viajera.
Bolas fuera de sus asientos, las bolas convencionales en la bomba de
subsuelo flotan fuera de sus asientos como si estuvieran suspendidos en un ambiente
libre de peso debido a la alta viscosidad, previniendo de esta manera que la bomba
cargue durante el recorrido ascendente. Este es un factor que limita y detiene la
producción de fluido ocasionando pérdidas económicas considerables.
5. Problemas con las Sartas de Cabillas
Varillas rotas / varillas sueltas
Desviación en la verticalidad del pozo (Generando desgaste por fricción
en acoples de las varillas). Esto es producto de la sarta de varillas que se “apila
hacia fuera” durante la carrera descendente. Este contacto extremadamente
agresivo de los acoples o de las varillas sobre la tubería de producción es
consecuencia directa del severo golpe de fluido, de la tubería de producción no
anclada (o anclada incorrectamente), del pistón atascado o cualquier
combinación de las condiciones anteriores
Corrosión por presencia de fluidos corrosivos tales como: agua, gases
ácidos (ácido carbónico CO2 y ácido Sulfhídrico H2S).
Alta viscosidad lo que puede producir flotación en las varillas.
Vibración armónica, pueden ser de dos tipos, las inducidas por el equipo de
bombeo en la superficie, las producidas por las cargas.
Efecto de pandeo, tiende a cortar la sarta de tuberías causando roturas por
fricción entre la sarta de cabillas y logrando que ser rompan las cabillas en poco tiempo.
Mala instalación / diseño inadecuado de la sarta de varillas, Las sarta de succión
de diseño deficiente en algún momento entrara en contacto con la tubería de producción
haciendo que la misma se pandee o se apile.
Golpe de fluido, Los patrones de desgaste angulares son indicativos de que
la sarta de varillas está entrando en contacto agresivo con la tubería de producción, en
un ángulo, generalmente a consecuencia del golpe de fluido, la interferencia del gas,
tocar los componentes de la bomba y/o tubería de producción no anclada (o anclada
incorrectamente).
Elongación de la sarta de varillas
Esta en función del diámetro de la bomba, de la longitud de la sarta de cabillas y de la
longitud y área de cada sección.
Apertura y cierre de la válvula fija y viajera durante el ciclo de bombeo, en el cual
la carga es transferida a la sarta de cabillas. Esto trae como consecuencia
deformaciones elásticas periódicas las cuales están fuera de fase en 180°.
Elongación por altas temperaturas.
Problemas con la Sarta de Producción
Los problemas que se pueden presentar en la sarta de producción son:
Obstrucción en la Sarta de de Producción.
Fuga o Falla en la Sarta de Producción.
Pescados (herramientas o equipos dejados dentro del pozo) como cabillas
sueltas o desconectadas no permitiendo así sacar el fluido alojado en la bomba de la
superficie.
Liner y empaque con grava restringiendo el paso del fluido, del yacimiento al
pozo.
Mal estado en el sistema de anclaje creando así movimientos innecesarios en el
reductor o tubería de producción y por consiguiente fricción y desgastes en la sarta de
cabillas.
Elongación de la sarta de tuberías por apertura y cierre de la válvula fija y viajera
durante el ciclo de bombeo.
Efecto de Pandeo, tiende a cortar la sarta de tubería causando roturas por
fricción con la sarta de cabillas ocasionando fugas en la tubería.
Pozos desviados, lo cual causa que las varillas por fricción choquen con la
tubería causando roturas en la sarta de producción.
Colapso y obstrucción por parafinas. Los crudos parafínicos tienen algo de
asfalto y viceversa, de allí catalogada base mixta. A medida que el crudo fluye de el
yacimiento al pozo y hasta la superficie, la disminución de la temperatura hace el crudo
mas viscoso, especialmente si el crudo es pesado o extra pesado, los cuales
generalmente son de dos tipos: asfáltico o naftenico. La disminución de temperatura o
enfriamiento causa el desprendimiento de partículas. Esta cera o parafina que no
arrastra al flujo tiende a obstruir los canales de flujo en la periferia del estrado productor
alrededor de las paredes del hoyo, reducidos así a la reductividad del pozo. De igual
manera del flujo hacia la superficie va depositando parafinas en la pared de la tubería,
reduciendo el diámetro interno y por ende merme en el volumen de la producción.
La mayoría de estos problemas pueden ser detectados con la interpretación de las
cartas dinagraficas y en general son pozo cuya condicion son pozos operativos con baja
producción o sin producción.
Baja Tasa de Producción asociada al Yacimiento-Hoyo [3] Ciertas condiciones fundamentales deben estar presentes para que exista un yacimiento
como son: porosidad de la roca, saturación, permeabilidad así como sus alrededores incluyendo
el hoyo del pozo. En este sistema se analizan los problemas de baja productividad del
yacimiento y las restricciones al flujo en las zonas cercanas al hoyo y en el hoyo como tal.
Figura 132. Secuencia de Análisis de los Problemas que se pueden presentar en el Sistema Yacimiento - Hoyo, en Pozos que Operan bajo Sistemas de Bombeo Mecánico
[3].
Daño a la Formación
Las causas de baja productividad de un pozo pueden variar desde un problema
fundamental del yacimiento hasta restricciones al flujo cercanas al pozo o en el pozo mismo.
DISMINUCIÓN DEL ÍNDICE DE PRODUCTIVIDAD – ACELERACIÓN DE
LA DECLINACIÓN DE LA PRODUCCIÓN
Daño
Interacción Roca-Fluido
Migración / Taponamiento
Finos Arenas
Interacción Fluido-Fluido
Precipitados
Orgánicos Inorgánicos
Fenómenos Interfaciales
Bloqueo por:
Agua Emulsiones
Inversión de la Mojabilidad
Pseudo-daño
Las causas potenciales de baja capacidad de afluencia son: baja permeabilidad natural del
yacimiento, baja permeabilidad relativa a la fase de hidrocarburos, daño a la formación,
perforación de poca penetración, turbulencia en la vecindad del hoyo o baja presión del
yacimiento.
Es importante distinguir entre baja tasa de producción y bajo índice de productividad, ya
que la baja tasa de producción de un pozo puede ser causada por algún defecto en el sistema
de levantamiento, mientras que el bajo índice de productividad esta relacionado con las causas
potenciales de baja capacidad de afluencia.
Otra razón por la cual puede ocurrir disminución de la permeabilidad es el contenido de
materiales asfálticos y parafínicos por parte del petróleo crudo debido a disminuciones de
temperatura o presiones asociadas a este fluido, resultando en la deposición de estos
materiales en los espacios porosos de la roca, reduciendo la permeabilidad de la formación por
la reducción de los espacios porosos.
Indicadores de Daño a la Formación
Cuando un pozo presenta un índice de productividad menor que el esperado o una tasa
anormal de declinación, esto debe ser demostrado por medio de análisis que permitan
identificar si en realidad existe daño a la formación.
a) Declinación Brusca: Es la mejor indicación de que un pozo esta dañado. El pozo
viene con una declinación de tendencia normal, se trabaja, y después de la intervención el pozo
muestra un cambio significativo en su declinación, y en algunos casos se queda sin producción.
Cuando la declinación no esta asociada aun trabajo de reparación, es necesario analizar dos
criterios:
Si esta asociado con el comienzo de la producción de agua, entonces es indico
de migración y acumulación de partículas finas en el área critica alrededor del hoyo.
Si no esta asociada ala producción de agua, posiblemente la causa se
precipitación de compuestos orgánicos en la vecindad del hoyo.
b) Declinación suave o gradual de la pendiente: En este caso hay que tener una
recopilación de la historia del pozo y determinar cual es la pendiente de la curva de declinación
natural. Luego un cambio en esta pendiente es indicativo de acumulación de depositación de
partículas en las tuberías.
La superposición de estas curvas entre pozos vecinos del mismo yacimiento podría tan
bien dar indicio del comportamiento irregular del pozo. Una manera analítica de comparar los
comportamientos de varios pozos, consiste en comparar sus índices de productividad Ideal
(J/hI) por pies vs. Índice de productividad real por pies (JR/h).
Determinación de la Tasa de Declinación del Pozo por Bombeo Mecánico
La información acerca de los métodos de análisis de curvas de declinación, se basan en
la manera como la tasa de producción varia con el tiempo, por lo cual, es importante su
definición. Cuando la tasa de producción se presenta versus el tiempo, se observa que declina;
definiéndose la tasa de declinación como el cambio en fracción de la tasa con el tiempo.
Para los autores citados existen tres tipos de curvas de declinación de producción, que
pueden evaluar la información obtenida de la tasa de producción para un pozo o grupo de
pozos en función del tiempo.
Declinación a Porcentaje Constante
Es uno de los métodos mas utilizados para evaluar la historia de producción de un
yacimiento y sus reservas por no presentar complejidad en su manejo. La declinación
exponencial es el valor constante que toma la tasa instantánea de producción al no varia con el
tiempo, es decir, que el cambio que se experimentaría en la producción con el tiempo
representa un porcentaje invariable de la tasa de producción.
Declinación Armónica
En pocos casos reales se encuentra que la declinación armónica se adapta al
comportamiento de la historia de producción de un yacimiento. En algunas oportunidades el
factor de declinación no es constante ya que decrece proporcionalmente con la tasa de
producción.
Declinación Hiperbólica
Este método de análisis, considera que la declinación lejos de permanecer invariable
con el tiempo, es una medida proporcional a la tasa de producción y es generalmente aceptado
por considerarlo como mas representativo, el ajuste que el mismo hace a la información de la
producción, características de muchos yacimientos.
Diagnostico de Daño a la Formación
Los daños de formación se diagnostican por:
Pruebas de producción, pruebas de restauración (Build-Up) y/o declinación (Draw-Down)
de presión. De las cuales se determina el efecto de daño (skin).
Si el Skin es ≥ 1 → condición de pozo dañado.
Si el Skin es < 1 (negativo) → condición de pozo estimulado (no dañado) por
comparación con el comportamiento de producción de pozos vecinos. Para esto se deben
considerar las completaciones previas.
Registros de resistividad.
Revisión de la Historia de Perforación, Completación y Reparaciones.
Análisis Nodal.
Pruebas de flujo a través de núcleos.
Análisis de fragmentos de ripios cortados de la formación.
Análisis de Estimulaciones realizadas.
Los valores de daños aportados por las pruebas de medidas de presión deben ser
corregidas, restándoles los seudodaños debido a la configuración del pozo. Estos
seudodaños pueden ser debido a:
Turbulencia, Sturb
Cañoneo, Scan
Completación del pozo, Scomp
Inclinación del pozo, Sdesv
Algunas Situaciones de Daño a la Formación
Cuando existen varias zonas abiertas a producción a través de la misma completación,
se requiere de un registro de producción que permita determinar las zonas permeables que
están contribuyendo o no a la producción.
Para diferenciar la declinación de la producción, por efecto de taponamiento de la
formación o por caída de la presión en el yacimiento, se requiere de un estudio de yacimiento
mas detallado, ya que una comparación con pozos vecinos podría no resultar suficiente, debido
a que todos los pozos podrían estar en las mismas condiciones de daño.
Para un pozo sin aparente daño de formación con baja permeabilidad, existe una lenta
estabilización de la presión, eso requiere de días o semanas para lograr estabilizarla.
Para un pozo con daño de formación y con alta permeabilidad de presión del yacimiento,
podría estabilizar en poco tiempo, y el efecto del daño podría determinarse mediante pruebas
de restauración o declinación de presión [21].
Figura 133. Diferentes Caídas de Presión en un Pozo con o sin Daño [21]
.
Figura 134. Componentes de un Sistema Típico de Flujo de un Pozo [21]
.
Pseudo-Daño a la Formación
Ocurre cuando existe restricción al flujo debido a: completación parcial (cañoneo parcial
y penetración parcial) y turbulencia de flujo. Estas restricciones reciben el nombre de Pseudo-
daño, porque aunque inhiben el flujo, no reducen el tamaño del poro o la permeabilidad. En este
caso el sistema a analizarse es: formación no dañada, zona dañada, revestidor y el hoyo.
Información extraída de la Guía de completación profesor Lucilo Torres.
Cuando existe pseudo daño, el efecto de daño incluye además del daño real de la
formación, los componentes de los tipos de pseudo daño que son parte de la completación
particular.
Por lo tanto podríamos decir que
cañoñeocptdftotal SSSSSTS . . . . (174)
Donde:
S total = Daño Total de la Formación, (adimensional).
Sdf = Factor Real de Daño a la Formación, (adimensional).
St = Factor de Daño por Turbulencia, (adimensional).
Scp = Factor de Daño por Cañoneo (completación) parcial, (adimensional).
Scañoñeo = Factor de Daño por Cañoneo, (adimensional).
En la siguiente figura se observa los componentes de un sistema típico de flujo de un
pozo dañado.
Figura 135. Esquemas de Completación Normal y Parcial [22]
.
Figura 136. Esquemas de Penetración Parcial
[22].
Diagnóstico de las Condiciones del Sistema de Bombeo Mecánico [18]
Existen condiciones de Operación Normal o Anormales bajo las cuales puede estar
operando un sistema de levantamiento por bombeo mecánico. Estas condiciones son las
siguientes (Ver tabla 53):
• Normales.
• Anormales.
Tabla 53. Condiciones de Operación Bombeo Mecánico [18].
Normal Anormal
Ausencia de filtraciones a nivel del
cabezal, línea de flujo, conexiones,
caja de engranaje, sistema de
lubricación, sistemas de aire
comprimido.
Ausencia de ruidos anormales de
los componentes de algunos equipos
en movimiento.
Presiones de todos los sistemas de
fluido (producción, gas, aire,
combustible, lubricante) en rango de
operaciones establecidas
Filtraciones a nivel del cabezal, línea de flujo,
conexiones, caja de engranaje, sistema de
lubricación, sistema de aire comprimido, etc.
Posición de válvulas en el cabezal del pozo,
en condiciones no adecuadas; fuga en
válvulas.
Ruidos anormales de los componentes en
movimiento (roce de metales, fallas de
lubricación).
Presiones y temperatura de cualquier
sistema de fluido fuera de rangos de
operaciones establecidos.
Los supervisores de producción en el área de bombeo mecánico, requieren la aplicación
de ciertas técnicas para identificar y corregir una anormalidad presente en cualquier equipo de
superficie. Las pruebas de superficie que generalmente se requieren son: cartas dinagráficas,
pruebas de pozo, registros sónicos, registros o medición de presión de líneas, etc.
Diagnóstico
Cuando se realiza un diagnóstico, se debe seguir ciertas indicaciones:
1. Identificar el equipo de superficie y su condición de operación (operativo o no).
2. Verificar si existen instrumentos de medición en línea, tales como:
registradores/medidores de presión y temperatura.
3. Verificar si existe indicador de voltaje o amperaje en el sistema de acondicionamiento,
que tipo de sistema de accionamiento posee y si estos están en buen estado que permitan ser
leídos.
4. Tomar y registrar los valores de los instrumentos existentes y, de no tenerlos,
procurarlos para obtener los datos que puedan ser indicativos de una condición de operación
adecuada.
5. Verificar la existencia de posibles filtraciones a nivel del sistema de superficie o ruidos
anormales (golpes) en los componentes mecánicos del sistema que pudieran igualmente, inferir
una condición de mala operación del sistema de superficie.
6. Identificar la condición del sistema motriz, ruido en el motor, correas flojas, cables
dañados, protector de correas suelto, vibraciones, etc.
7. Verificar si el pozo esta fluyendo o no, abriendo la válvula toma muestra. Si esta
fluyendo el pozo, debe manifestarse líquido o gas en el toma muestra; de lo contrario, el pozo,
aún cuando esté el balancín funcionando, puede no estar levantando fluido.
Diagnóstico y Corrección de Fallas
Existen varios indicadores que pueden emplearse en el diagnóstico de los posibles
problemas asociados al sistema de bombeo del pozo o al equipo de superficie. Entre estos
indicadores se encuentran:
1. La historia del pozo y el comportamiento del equipo.
2. Un análisis representativo de las condiciones del pozo.
3. Cartas Dinagráficas.
4. Niveles de fluido y otros.
Cuando se realiza una inspección de un sistema de levantamiento superficial por
bombeo mecánico, se deben considerar las condiciones últimas de operación del pozo, hasta
antes de presentarse la anomalía que no es más que una condición de operación fuera de lo
normal. Estas condiciones pudieran ser:
Condición: Pozo Fuera de Servicio (parado). Ver tabla 54.
Tabla 54. Problemas en el Sistema de Bombeo Mecánico [18]
.
Problemas en el Sistema de Bombeo Mecánico Indicación Causa del problema Solución Daño en la caja de engranaje del balancín.
Esta falla puede presentarse por desgaste de los engranajes, por falta de lubricación adecuada de la caja, por giro indebido del sistema.
Puede ser detectado antes de que ocurra a través de un diagnóstico con una carta dinagráfica que puede mostrar este efecto y que seria factible tomar los correctivos pertinentes antes de que ocurra la falla total del sistema.
Motor de la Unidad Dañado. Esta falla puede ocurrir por recalentamiento de la unidad y por ende
Este daño se evitaría colocando protectores de voltaje aguas arriba del
se quema, por fluctuaciones de voltaje en la red de alimentación, fatiga, etc.
motor o estabilizando el voltaje de la red para la alimentación de los equipos; otra forma de proteger tanto los motores como la unidad de bombeo es el uso adecuado de accionamientos electrónicos tales como los variadores de frecuencia que permitan mayor protección y control de los elementos motrices (motor y caja) del balancín.
Correas partidas o sueltas. Esto, regularmente, ocurre por que las correas se doblan y se estiran demasiado, lo cual hace que se salgan o se partan. Por efecto del exceso de deslizamiento al mojarse, las correas se queman y se rompen, pues no tienen el protector correspondiente.
Para corregir esta situación, se deben colocar todas las correas que sean necesarias de acuerdo con las poleas, tensadas adecuadamente y colocar el protector de correas al balancín.
Falta de Energía. Esto afecta la operatividad del pozo y se debe a la pérdida de las fases continuas de corriente desde la red de distribución hacia el sistema motriz de la unidad de bombeo.
Al reestablecerse la energía debe quedar operativo el pozo a menos que exista otra condición.
Falla en el sistema de accionamiento.
Esto puede ocurrir por sobre tensión, que puede quemar algunos de los dispositivos electrónicos del arrancador, cables; por un corto circuito; por una descarga eléctrica ambiental que pudiera causar esta falla. En el caso de los arrancadores electrónicos, igualmente, el desperfecto de un elemento electrónico o eléctrico puede generar una parada de la unidad de bombeo.
El correctivo es un cambio de estos equipos o una reparación menor (sustitución de un componente) en sitio, para dejar operativo el sistema.
Condición: Pozo Operativo con Baja Producción o Sin Producción. Ver tabla 55.
Tabla 55. Problemas en el Sistema de Bombeo Mecánico Convencional
[18].
Problemas en el sistema de Bombeo Mecánico Convencional Indicación Causa del problema Solución Cabillas partidas o sueltas.
Esto puede ocurrir por fatiga del material de las cabillas, por una rosca dañada de las cabillas, por un atascamiento de la bomba que genera una fuerza axial muy elevada por parte de la unidad de bombeo en superficie y producir la sedancia en un punto de la sarta de cabillas. Bajo esta condición, el pozo opera sin acción de bombeo, ya que solamente estaría moviendo parte de la sarta de cabillas.
Se puede detectar con una carta dinagráfica la cual tiene una forma particular y esto amerita un trabajo de máquina de subsuelo para corregir la falla.
Fugas en las válvulas de la bomba de subsuelo
Se detecta a través de una carta dinagráfica donde, particularmente, se realiza la llamada prueba de válvulas y esto permite observar su condición de operación.
Cuando la fuga es muy grande, la bomba no transporta fluido a la superficie. Este caso, amerita una entrada de máquina de subsuelo para camibar la bomba
Bajo nivel de fluido Esto se observa cuando no existe aporte desde el yacimiento hacia el pozo o este aporte es muy pobre y la velocidad de bombeo es tan alta que puede extraer todo el fluido del pozo, lo que no permite el llena de la tubería, y por ende, la producción es muy baja o ninguna.
Para corregir esta situación, se debe mejorar las condiciones de operación del sistema de bombeo, controlando la velocidad del sistema de superficie (bajar la velocidad) para permitir la recuperación del pozo (aporte del yacimiento) a fin de garantizar la máxima producción posible del pozo. La condición descrita se puede evidenciar con un registro de nivel del pozo, que muestra donde esta el nivel del fluido dinámico. Estos parámetros pueden ser manejados de manera de identificar las mejores condiciones de operación del pozo.
Diagnóstico y Corrección de Fallas. Carta Dinagráfica
Tomadas y verificadas las condiciones mencionadas anteriormente, si aún no se
identifica una posible anomalía del sistema de superficie, se deben realizar otras pruebas a
saber.
La carta dinagráfica permite determinar las cargas instantáneas, máximas y mínimas, en
las diferentes posiciones del ciclo de bombeo y determinar la condición de la bomba de
subsuelo; así como los esfuerzos a los cuales está sometida la caja de engranajes del balancín,
la viga viajera y el resto de la estructura. Con la interpretación de las cartas dinagráficas es
posible detectar problemas tales como:
1. Cabillas sueltas o rotas.
2. Bomba bloqueada por gas.
3. Bomba desanclada
4. Golpe de fluido
5. Bomba dañada
6. Fuga de válvulas
7. Golpe de bomba, etc.
Resumen. Cartas dinagráficas Típicas (Fondo). Ver tabla 56.
Tabla 56. Cartas Dinagráficas Típicas
[18].
CARTA DE FONDO DIAGNÓSTICO RECOMENDACIÓN
Bomba Llena. Tubería anclada.
Ligero golpe de fluido. Tubería
anclada.
Golpe de fluido severo. Tubería
anclada.
Bomba completamente sin nivel.
Tubería anclada.
Fuga en la válvula viajera o en el
pistón.
Bomba llena. Tubería desanclada o
ancla no sujeta.
Golpe de fluido ligero. Tubería
desanclada
Golpe de fluido severo. Tubería
desanclada.
Malfuncionamiento del ancla de
tubería.
Fuga en la válvula fija.
Bomba llena. Golpe de bomba.
Bomba bloqueada por gas.
Barril abollado.
Bomba desgastada.
Bomba severamente dañada. Cabillas
partidas o pozo flumping.
Bomba llena. Golpe de bomba.
Interferencia por gas.
Barril de la bomba desgastado o
rajado.
Bomba dañada.
Fuga severa en la válvula viajera.
Pistón de la bomba atascado.
Atasco del pistón en la carrera
ascendente.
Bomba Llena. Fricción de fluido alta.
Pozo fluyendo y bombeando.
Llenado incompleto de la bomba por
válvula de anillo superior o cierre
tardío de la válvula viajera.
Combinación de tubería desanclada y
fuga en la válvula viajera.
Bomba llena. Fricción somera (Prensa
estopa muy apretado, parafina, etc.)
Bomba llena. Excesiva fricción en la
prensa estopa.
Bomba severamente dañada.
Golpe de fluido. Reflexión de onda
desde las barras de peso.
Golpe de fluido ligero. Cabillas de fibra
de vidrio.
Cierre tardío de la válvula viajera
causado por fluido emulsionado en la
bomba.
Golpe de fluido. Fricciones altas en al
carrera ascendente.
Bomba llena. Cabillas de fibra de
vidrio.
Combinación de golpe de fluidos y
cierre tardío de la válvula viajera.
También pueden presentarse los casos siguientes:
• Problemas de fondo: ¿Qué problemas de fondo pueden ser identificados reconociendo
la forma de la carta? ¿Por qué es a veces difícil diagnosticar problemas de fondo usando cartas
dinagráficas de superficie?
• Cartas de fondo sintéticas generalizadas
• Condiciones Especiales
Problemas de Fondo: Una Carta Dinamométrica de Superficie es el diagrama de las
cargas medidas o predichas de la barra pulida en varias posiciones a través de un ciclo
completo; la carga se exhibe generalmente en libras de fuerza y la posición se exhibe
generalmente en pulgadas. La Carta Dinamométrica de Fondo es un diagrama de las cargas
calculadas en varias posiciones del movimiento de la bomba y representa la carga que la
bomba aplica al fondo de la sarta de cabillas. Identificar cómo la bomba se está desempeñando
y el análisis de los problemas del fondo es una de las principales aplicaciones de la carta
dinamométrica de fondo. Las cartas dinagráficas son exhibidas por el software predictivo y de
diagnóstico con el fin de diseñar y diagnosticar sistemas de Bombeo Mecánico.
Las cartas dinamométricas de superficie no siempre permiten diagnóstico completo del
funcionamiento del sistema de levantamiento por cabillas. Las cartas de superficie son valiosas
para diagnosticar cargas en la barra, estructurales, y torque en la caja de engranaje y el motor.
Al procurar diagnosticar problemas de fondo en la bomba, una inspección visual de la carta
dinagráfica de superficie generalmente no es suficiente para determinar qué condiciones existen
en la bomba. Algunos diagnósticos se pueden realizar basándose en experiencias prácticas
asociando ciertos problemas del fondo con ciertas formas de cartas dinagráficas de superficie.
En pozos someros y de media profundidad, la interpretación de la carta de superficie puede ser
razonablemente eficaz al diagnosticar el funcionamiento de la bomba. En pozos más profundos,
sin embargo, la naturaleza compleja del sistema de levantamiento deja mucho que desear al
diagnosticar el funcionamiento de la bomba a partir de cartas dinagráficas de superficie.
Figura 137. Acción de la bomba durante un ciclo de bombeo [18]
.
Realizar un diagnóstico de problemas de fondo con cartas de superficie es a menudo
imposible; por eso se desarrollaron las cartas dinagráficas de fondo. Estas Proporcionan una
representación exacta de la carga sobre la bomba y da una visión valiosa sobre la mecánica de
la bomba. Sin embargo, debido al costo el uso diario en todos los pozos era impráctico. Uno de
los pioneros en la interpretación de cartas dinagráficas de fondo fue W.E. Gilbert de SHELL. En
1936 él publicó una obra clásica en la interpretación de cartas dinagráficas de fondo. La figura
137 muestra la acción de la bomba durante un ciclo de bombeo.
Durante el período de 1961 S.G. Gibbs de investigaciones SHELL concluyó que
obteniendo una carta dinagráfica exacta de superficie y conociendo la mayoría de los
parámetros importantes del sistema; era matemáticamente factible "descifrar" estos parámetros,
sintetizando una carta exacta y confiable de fondo. La capacidad de calcular la carta del fondo y
de interpretar sus varias configuraciones se convirtió en la base del análisis diagnóstico del
sistema de bombeo.
Una bomba mecánica se diseña sobre todo para levantar los líquidos a la superficie.
También se requiere que la bomba maneje un poco de gas libre; realizando la función de una
bomba para líquidos más un compresor de gas. El trabajo hecho sobre el líquido durante un
ciclo se puede determinar por el área de la carta de fondo. Se requiere la compresión del gas a
una presión mayor que la presión de la descarga de la bomba para que la válvula viajera abra y
permita que el líquido del barril de la bomba entre en la tubería. El trabajo hecho por la bomba
al comprimir gas no se pierde enteramente, puesto que el gas introducido en la tubería tiende a
reducir la presión de la descarga de la bomba aligerando el gradiente de la columna de fluido,
reduciendo así la carga de fluido y devolviendo energía al sistema de bombeo.
Puesto que la bomba no tiene un buen cociente de compresión para manejar cantidades
excesivas de gas, se recomienda el uso de un buen separador del gas en el fondo para prevenir
las condiciones de bloqueo por gas y otros problemas relacionados con la compresión del gas.
Durante el ciclo de bombeo el gas burbujeante en el líquido tiende a elevarse al tope de la
bomba. A velocidades de bombeo lentas, esta separación del gas y el líquido pueden ser
completos; o en el manejo de los líquidos "mullidos", puede ser insignificante, pero es razonable
considerar el gas separado totalmente del líquido y debajo de la válvula viajera.
Ejemplo de Carta de Fondo:
Figura 138. Ejemplo de Carta de Fondo [18]
.
En el diagrama anterior el recorrido máximo del émbolo, MPT, es la longitud máxima del
movimiento del émbolo con respecto al barril de la bomba durante un movimiento completo. La
carga del fluido (Fo) es una fuerza causada por el diferencial de presión que actúa en el émbolo
de la bomba. La presión diferencial actúa a través de la válvula viajera en la carrera ascendente
y se transfiere a la válvula fija durante la carrera descendente.
La presión diferencial es la diferencia entre la presión ejercida por los líquidos de la
tubería y la presión en el pozo. La magnitud de la carga del fluido es igual a la presión de la
descarga de la bomba menos la presión de entrada a la bomba multiplicada por el área del
émbolo. De los puntos B a C las cabillas soportan la carga del fluido, cuando la válvula viajera
se cierra. De los puntos D a A la tubería soporta la carga del fluido, cuando la válvula fija cierra.
El recorrido efectivo del émbolo, EPT, es la longitud del recorrido del émbolo cuando la carga
completa del fluido está actuando en la válvula fija.
Los pasos sucesivos en la operación de la bomba son:
1. En el comienzo de la carrera ascendente (el punto A), la válvula viajera y la válvula fija
ambas están cerradas.
2. Del punto A al punto B, la carga del fluido es soportada completamente por la tubería
y gradualmente transferida a las cabillas en el punto B. La carga se transfiere mientras que las
cabillas estiran para recibir la carga del fluido (Fo). Si la tubería está anclada, el émbolo no se
mueve con relación a la tubería. La presión en la bomba disminuye y cualquier gas libre en el
espacio libre entre las válvulas se expande desde la presión estática de la tubería (Pint) a la
presión de entrada a la bomba (Pint).
3. La válvula fija comienza a abrirse en A, permitiendo que el líquido entre en la bomba
cuando la presión en la bomba cae por debajo de la presión de entrada a la bomba (Pint).
4. El punto B a C, la carga del fluido es llevada por las cabillas mientras los fluidos del
pozo son transportados hacia la bomba.
5. En C, la válvula fija se cierra mientras el embolo comienza a descender, y la válvula
viajera permanece cerrada hasta que la presión dentro de la bomba es levemente mayor que la
presión de la descarga de la bomba (Pd).
6. De C a D, el gas en la bomba (si lo hay) se comprime mientras que el émbolo
desciende para aumentar la presión sobre el fluido desde presión de entrada a la bomba (Pint)
a la presión estática en la tubería; pero el émbolo no se mueve si el barril de la bomba esta
lleno de un líquido incompresible. Mientras que el líquido en el barril de la bomba se comprime,
entonces la carga del fluido se transfiere gradualmente de las cabillas a la tubería.
7. En D, la presión de descarga de la bomba (Pd) iguala la presión estática de la tubería
(Pt)), y la válvula viajera se abre.
8. D a A, el líquido en la bomba se desplaza a través de la válvula viajera hacia la
tubería y la carga del fluido es soportada por la tubería.
Cartas Sintéticas Generalizadas de Bomba: Las siguientes cartas de fondo están en dos
grupos:
1. El grupo a la izquierda tiene tubería anclada
2. El grupo a la derecha tiene tubería no anclada.
Estas cartas sintéticas generalizadas de fondo representan los sistemas de bombeo que
experimentan algunos de los problemas más comunes. Las tarjetas ilustran diversas
condiciones de bombeo y los malfuncionamientos del equipo del fondo. Los términos usados
son como sigue:
MPT = Recorrido Máximo Del Émbolo
EPT = Recorrido Eficaz Del Émbolo
Fo = carga diferenciada en el émbolo
Tabla 57. Cartas Sintéticas Generalizadas de fondo
[18].
Anclada No Anclada
Bombeo Normal con llenado completo y
sin gas. Bomba funcionando
correctamente. Con la tubería anclada,
EPT=MPT. Con tubería no anclada,
EPT<MPT.
La válvula viajera con fuga, excesivo
escurrimiento en el émbolo o en la VV
causa retraso recoger la carga del fluido
desde A a B y descarga prematura de C
a D, (la válvula viajera, VV, es eficaz
solamente durante una porción de la
carrera ascendente).
Válvula fija con fuga, provoca carga
prematura sobre las cabillas de A a B, y
retrasa la descarga de C a D, (la válvula
fija, VF, es eficaz solamente durante una
porción de la carrera descendente.
Golpe de Fluido severo, pozo se está
achicando. Los Componentes de la
bomba funcionan correctamente.
Interferencia por gas está causando
pérdida de EPT. Los Componentes de la
bomba funcionan correctamente. Existen
condiciones de pozo inestables Cuando
el EPT cambia entre una embolada y
otra.
La bomba está golpeando ligeramente en
la parte inferior del recorrido (Izquierda) y
la bomba está golpeando ligeramente en
la parte superior del recorrido (Derecha).
Bomba Gastada. Sin movimiento
evidente de la tubería en cualquier caso.
Válvula viajera que cierra
incorrectamente: Flujo restringido por un
fluido muy viscoso en la bomba o área de
flujo más pequeña que el área del émbolo
sobre la bomba.
Ancla de tubería funciona
incorrectamente, o tubería parcialmente
pegada.
Prensa estopa muy apretado, altura
adicional de la carga sobre Fo es
generalmente igual a la carga en la
prueba de válvulas está en exceso al
peso teórico de las cabillas en flotación.
La fricción adicional se descarga
generalmente al final de la carrera.
Prácticamente cualquier combinación de los malfuncionamientos arriba mostrados
pueden existir en pozo. Los efectos de estos malfuncionamientos se pueden sobreponer uno a
otro y el efecto combinado puede estar enmascarado. Por ejemplo, la presencia de interferencia
de gas y un ancla de tubería que se ha desanclado puede traducirse en una carta cuyos efectos
individuales pueden no ser fácilmente interpretados. Sobreponiendo la constante del
estiramiento de la tubería, Kt, sobre la carta nos puede revelar detalles sobre el problema.
Condiciones Especiales: Bomba Bloqueada por Gas: Ambas válvulas permanecen
abiertas ya que la presión estática de la tubería, (Pt), es mayor la presión de descarga de la
bomba, (Pd), que es también mayor que la presión de entrada a la bomba, P int. El cociente de
compresión de la mayoría de las bombas de cabilla es demasiado pequeño, con el resultado
que ninguna de las dos válvulas abre hasta que el espacio de separación entre las válvulas se
llena con la fuga de fluidos que pasan el pistón, o al nivel fluido se le permite subir para poder
requerir un cociente de compresión más pequeño para forzar el gas de la bomba a la tubería.
Las relaciones de presión son como sigue:
P t > P d > P int
Figura 139. Carta de Bomba Bloqueada por Gas [18]
.
Pozo Fluyendo: Ambas válvulas permanecen abiertas porque la presión estática de la
tubería, P t, es mucho menor que la presión de descarga de la bomba, Pd, que es también
mayor que la presión de entrada a la bomba, P int. Esta carta también puede indicar cabillas
desconectadas, pero con una prueba de válvulas esto se puede diagnosticar rápidamente. Las
relaciones de la presión son como sigue:
P t < P d < P interno
Figura 140. Carta de Pozo Fluyendo [18]
.
Lenguajes de Programación
Visual Basic [23]
Para la realización del programa “D-BM 1.0.0” (Diagnostico Bombeo Mecánico), se
utilizo el lenguaje de programación Visual Basic 6.0, el cual se describe a continuación.
Visual Basic 6.0 forma parte del entorno de desarrollo Visual Studio de Microsoft, que
también contiene Visual C++ 6, Visual FoxPro 6.0, InterDev 6.0 y Visual Source Site 6.0 Visual
Basic 6.0 es, posiblemente, la manera mas rápida y sencilla de crear aplicaciones para
Microsoft Windows. Visual Basic proporciona un completo juego de herramientas que facilitan el
desarrollo rápido de aplicaciones RAD (Rapid Applications Development).
En lugar de crear aplicaciones mediante laboriosas y numerosas líneas de código para
dar la apariencia y la ubicación de los elementos de la interfaz se recurre a la técnica de
agregación/eliminación de objetos “prefabricados” (incorporados) dentro de la pantalla.
Basic, es el mítico lenguaje creado en el Darmouth College y que se ha utilizado por un
número mayor de programadores que ningún otro en la historia de la informática. Visual Basic
es una extensión y evolución del Basic original, del MBASIC del sistema operativo CP/M, y de
las versiones GW-BASIC o BASICA de Microsoft e IBM:
Definición: Visual Basic es el lenguaje de programación más sencillo, en un ambiente
grafico que permite crear aplicaciones para Windows, por su terminología Visual Basic proviene
de:
Visual: este termino hace referencia a que no todo lo que se realiza tiene porque
estar relacionado con programar o con código.
Basic: (Beginners All-Purpose Symbolic Instruction Code) El lenguaje de los
primeros ordenadores de 8 bits.
Ventajas y desventajas: La ventaja principal de este lenguaje de programación es su
facilidad para programar aplicaciones de cierta complejidad para Windows, y sus desventajas
son la necesidad de archivos adicionales además del ejecutable y cierta lentitud en
comparación con otros lenguajes. Hoy en día este último factor es cada vez menos
determinante debido a la gran potencia de los ordenadores de última generación.
Características generales: Visual Basic es una herramienta de diseño de aplicaciones
para Windows, en la que esta se desarrolla en una gran parte a partir del diseño de una
interfase grafica. En una aplicación Visual Basic, el programa esta formado por una parte de
código puro, y otras partes asociadas a los objetos que forman la interface grafica.
Es por tanto un término medio entre la programación tradicional, formada por una
sucesión lineal de código estructurado, y la programación orientada a objetos. Combina ambas
tendencias. Ya que no podemos decir que VB pertenezca por completo a uno de esos dos tipos
de programación, debemos inventar una palabra que lo defina: PROGRAMACIÓN VISUAL.
La creación de un programa bajo Visual Basic lleva los siguientes pasos:
Análisis: es el estudio de las necesidades que han dado origen a la creación de
ese programa. Es lo que se llama Análisis de la aplicación. Es la primera fase que debe
tener siempre un programa y es también la más olvidada entre los programadores
noveles. Una aplicación no se inicia con el teclado, sino sobre un papel.
Creación de una interfase de usuario: esta interfase será la principal vía de
comunicación hombre maquina, tanto para salida de datos como para entrada. Sra.
necesario partir de una o varias ventanas (Formularios) a las que le iremos añadiendo
los controles y para que sirven.
Definición de las propiedades de los controles: se dará la forma, posición y todas
las características necesarias a los controles que hayamos colocado en este formulario.
Estas propiedades determinaran la forma estática de los controles, es decir, como son
los controles y para que sirven.
Generación del código asociado a los eventos que ocurran a estos controles: a la
respuesta a estos eventos (click, doble click, una tecla pulsada, etc) le llamamos
procedimiento, y deberá generarse de acuerdo a las necesidades del programa.
Generación del código del programa: un programa puede hacerse solamente con
la programación de los distintos procedimientos que acompañan a cada objeto. Sin
embargo, Visual Basic ofrece la posibilidad de establecer un código de programa
separado de estos eventos. Este código puede introducirse en unos bloques llamados
Módulos, en otros bloques llamados Funciones, y otros llamados Procedimientos.
Conceptos importantes:
Objeto: un objeto es una entidad que tiene asociado un conjunto de métodos,
eventos y propiedades. Hay muchas clases de objetos, y por tanto, puede llegar a haber
tantos métodos, eventos y propiedades distintas como objetos diferentes. Ejemplo: una
caja de texto (TextBox) en el cual se puede escribir cualquier línea, es un objeto.
Evento: un evento es una atención que realiza un programa, rutina, objeto o
llamada para que nuestro programa lo trate. Un programa Visual Basic es un POE
(Programa orientado a eventos) y todo lo que se hace en él está generado por medio de
eventos.
Propiedades: son aquellas características de un objeto que lo define físicamente,
bien por su forma o color, por su contenido, por la forma en la que va a trabajar. Las
propiedades pueden modificarse cuando estamos diseñando la interface grafica,
mediante lo que llamamos caja de propiedades, o durante la ejecución del programa. En
este caso hay que hacerlo con código escrito en el propio programa.
Procedimiento: es el código que introducimos dentro de un evento. El código
introducido en la ventana de código del evento click será el procedimiento clik, el que se
introduzca en el evento MouseUp será el procedimiento MouseUp
Métodos: son un conjunto de procedimientos que permiten que un objeto ejecute
una acción o tarea sobre si mismo. Por ejemplo, para un formulario tenemos el método
Hide que hará que el formulario se oculte, o el método Show que hará que el formulario
se vuelva a mostrar.
Plataforma de Visual Basic: La primera vista de nuestra interfase en Visual Basic, es
muy simple, en la figura 142, se muestran las raíces de nuestro programa, junto con las
herramientas que ayudan a elaborarlo.
Presenta los comandos que se usan para trabajar con Visual Basic. Además de los
menús estándar Archivo, Edición, Ver, Insertar, Ejecutar, Herramientas, Complementos y
Ayuda.
Figura 141. Vista previa de la plataforma grafica de VB
[23].
Elementos de Visual Basic:
Proyecto: es un programa que esta formado por formas y módulos.
Forma: son plantillas en las que se puede poner botones, imágenes, letreros,
capturar información, etc. (controles).
Modulo: es código, instrucciones que se asignan a un evento. No es necesario
que un proyecto tenga modulas, pero si que tenga formas. Ver figura 143.
Figura 142. Vista de la Ventana de módulo
[23].
Control: es un objeto que permite diseñar sin programar, una interfase grafica
(mecanismo de comunicación entre el usuario y la aplicación) para una aplicación. Para
realizar una aplicación, se crean ventanas, llamadas formas (formularios), y sobre ella se
dibujan otros objetos llamados controles. Tales como cajas de texto, botones de
órdenes, listas desplegables etc. Cada objeto ya sea ventana o control, esta ligado a un
código que permanece inactivo hasta que se de el evento que lo activa.
Otros controles utilizados:
Label (etiqueta): Una etiqueta es un control que nos permite presentar un texto.
La etiqueta debe usarse en aquellos casos en los que exista una información estática o
dinámica que no deba ser cambiada por el operador.
Puede adoptar estas formas: con borde tridimensional, borde plano o sin borde, y el
texto justificado a la izquierda, a la derecha o centrado. Ver figura 144.
Figura 143. Formas que puede adoptar un Label
[23].
Picture Box: sirve para insertar archivos gráficos en nuestro programa.
TextBox (caja de texto): Las cajas de texto son los controles en los que Visual
Basic presenta o introduce textos. Es por tanto un control bidireccional. Normalmente se
usan para introducción de textos, o para la presentación de aquellos que el operador
pueda cambiar. Para cambiar o escribir un texto en una caja de texto, basta con
conseguir que esa caja de texto tenga el foco y teclear el texto en el teclado. Esto se
puede lograr, bien haciendo click con el ratón en esa caja de texto, bien con la tecla
TAB, bien por programa.
La caja de texto no se debe usar nunca para presentar textos que el operador de la
aplicación no deba cambiar. Úsese para ello la etiqueta, control no bidireccional, que además
tiene la ventaja de ocupar menos memoria de programa.
La forma de una caja de texto se puede observar en la figura 145, dependiendo de las
propiedades BorderStyle y Appearance:
Figura 144. Forma de una caja de texto
[23].
Command Button: El Command Button es un objeto que sirve para introducir
datos a través de la pantalla. El Botón de Comando tiene la siguiente forma:
Figura 145. Forma de un Command [23]
.
El botón de comando puede usarse para la entrada de datos con el ratón, o para validar
cualquier operación. El tamaño puede cambiarse a voluntad, pero la forma siempre es
rectangular. En la figura anterior vemos dos botones de comando, uno de ellos (el Command2)
marcado con unos puntos en su contorno. Estos puntos nos permiten variar su tamaño en
tiempo de diseño. También puede cambiarse su tamaño y posición en tiempo de ejecución.
Frame: un control Frame proporciona un agrupamiento identificable para
controles. También puede utilizar un Frame para subdividir un formulario funcionalmente
por ejemplo, para separar grupos de controles Option Button. Se obtiene directamente
de la caja de herramientas.
Option Button: sirve para seleccionar una opción entre varias. Solamente una.
Check Box: sirve para seleccionar opciones, se puede seleccionar más de una.
Figura 146. Caja de herramientas donde se encuentra Check Box y Option Box
[23].
Combo Box: es otra manera de seleccionar entre distintas opciones.
Timer: permite ejecutar código cada cierto intervalo de tiempo.
Propiedades de Visual Basic: Es la manera de cómo se puede modificar las
características de un objeto en una forma. Por ejemplo, Name, BackColor, BackStyle, Caption,
Font, Visible, Picture, Appearance, Autosize etc.
Definición de Variables en Visual Basic: Para definir variables se utiliza la instrucción
DIM, las podemos dar de alta en dos lugares, al principio y antes de alguna subrutina de la hoja
de código y estas variables sirven para todos los eventos o se pueden dar de alta al principio y
dentro de alguna subrutina, dichas variables solo servirán para el evento en curso.
Además, se tiene que tomar en cuenta que tipo de datos va a contener las variables
(letras, números, fechas, etc) por lo tanto, en la misma declaración de variables se le agrega un
AS al enunciado seguido del tipo de información que contendrá la variable, por ejemplo, DIM
variable As letra.
Tipos de variables más comunes:
Bolean: Admite los valores 0 y 1, o True (verdadero) y False (falso).
Byte: Números enteros, en el rango de 0 a 255.
Integer: Números enteros en el rango de -32768 a 32767.
Long: Números enteros en el rango de -2147483648 a 2147483647.
Single: Punto flotante, simple precisión.
Doble: Punto flotante, doble precisión.
Currency: Entero, con punto decimal fijo (Típico de monedas).
String: Cadenas alfanuméricas de longitud variable o fija.
Date: Fechas.
Objet: Referencia a objetos.
Variant: Otros tipos de datos.
Tipos de declaración de variables:
Sentencia DIM: Es la forma mas común de declarar una variable como Privada.
Puede emplearse en un Procedimiento, Función, Formulario o Módulo. La sintaxis es de
la siguiente forma:
Declarando una variable con la sentencia DIM, en un formulario, función, procedimiento
o módulo, el entorno de la variable será el explicado anteriormente para una variable declarada
como Privada. Es decir, esa variable no sale del formulario, procedimiento ó módulo donde se
declaró. Cada vez que entremos al formulario, procedimiento o módulo, esa variable tomará el
valor cero (si es numérica) o nulo (si es string).
Sentencia PRIVATE: Es la forma de declarar una variable como Privada. Puede
emplearse solamente en la sección de declaraciones de un Formulario o Módulo. La
sintaxis es de la siguiente forma:
Declarando una variable mediante la sentencia PRIVATE en un Formulario o Módulo,
esa variable puede usarse en todo ese Formulario o Módulo (En todos sus Procedimientos y
Funciones), pero NO fuera del Formulario o Módulo donde se declaró.
La sentencia PRIVATE no puede usarse en un procedimiento o función.
Sentencia PUBLIC: Es la forma de declarar una variable como Pública. Puede
emplearse solamente en la sección de declaraciones de un Formulario o Módulo. La
sintaxis es de la siguiente forma:
Declarando una variable de esta forma en la sección de declaraciones de un Módulo,
esa variable puede usarse en cualquier parte del programa citándola simplemente por su
nombre.
Si se declara de esta forma en la sección de declaraciones de un Formulario, esa
variable puede usarse en toda el programa. Para nombrarla, si estamos en el Formulario donde
se declaró basta con citarla por su nombre. Si no estamos en ese Formulario, habrá que citarla
por el nombre del Formulario, seguido del nombre de la variable, separado por un punto:
Dim nombrevariable As Integer (o el tipo que sea)
Private nombrevariable As Tipovariable
Public nombre variable As Tipovariable
NombreFormulario. Nombrevariable
En un Módulo puede usarse también la sentencia Global en vez de Public:
Sentencia GLOBAL: Declara una variable que es válida en todo el programa. La
sintaxis es:
La sentencia Global sólo puede usarse en el apartado de declaraciones de un Módulo.
Mediante la sentencia Global la variable puede usarse en todo el espacio del programa.
Sentencia STATIC: Como se dijo anteriormente, una variable declarada en un
procedimiento pierde su valor al salir de él. Lo peor es que una vez que el programa
vuelva a entrar en ese procedimiento, la variable estará puesta a cero.
Afortunadamente, esto último tiene solución. Si declarásemos una variable en un
procedimiento o función, como estática, esa variable, aunque no la podremos utilizar fuera de
ese procedimiento o función, cuando volvamos a él conservará el valor que tenía cuando lo
abandonamos. Esta declaración como estática se realiza mediante la instrucción Static.
MATLAB [24]
El nombre de MATLAB proviene de la contracción de los términos MATrix LABoratory y
fue inicialmente concebido para proporcionar fácil acceso a las librerías LINPACK y EISPACK,
las cuales representan hoy en día dos de las librerías más importantes en computación y
cálculo matricial.
MATLAB es un entorno de computación y desarrollo de aplicaciones totalmente
integrado orientado para llevar a cabo proyectos en donde se encuentren implicados elevados
cálculos matemáticos y la visualización gráfica de los mismos. MATLAB integra análisis
numérico, cálculo matricial, proceso de señal y visualización gráfica en un entorno completo
donde los problemas y sus soluciones son expresados del mismo modo en que se escribirían
tradicionalmente, sin necesidad de hacer uso de la programación tradicional.
En los medios universitarios MATLAB se ha convertido en una herramienta básica, tanto
para los profesionales e investigadores de centros docentes, como una importante herramienta
para el dictado de cursos universitarios, tales como sistemas e ingeniería de control, álgebra
Global nombrevariable As tipovariable
Static nombrevariable As tipovariable
lineal, proceso digital de imagen, señal, etc. En el mundo industrial MATLAB está siendo
utilizado como herramienta de investigación para la resolución de complejos problemas
planteados en la realización y aplicación de modelos matemáticos en ingeniería. Los usos más
característicos de la herramienta los encontramos en áreas de computación y cálculo numérico
tradicional, prototipaje algoritmico, teoría de control automático, estadística, análisis de series
temporales para el proceso digital de señal.
MATLAB es la disponibilidad de los toolboxes especializados. Estos son paquetes
especializados, orientados a ingenieros, científicos y otros tipos de profesionales técnicos. Entre
los más destacados están:
Procesamiento de Señal
The MATLAB C Math Library
Matemáticas Simbólicas
Procesamiento de Imagen
The MATLAB Compiler
Redes Neuronales
Estadística
Splines
Diseño de Sistemas de Control
Control Robusto
Identificación de Sistemas
Optimización
Simulación
Diseño de Control no Lineal
Lógica Difusa
NAG Fundation Toolbox
Para iniciar MATLAB, seleccionamos el programa MATLAB de un menú del sistema, como se
observa en la siguiente figura:
Figura 147. Procedimiento de Inicio de MatLab [24]
.
HACER DOBLE
CLIC AQUÍ
y aparece la siguiente ventana de MATLAB, que nos dice que MATLAB está esperando que
introduzcamos un comando.
Figura 148. Pantalla en espera de la Introducción de un Comando [24]
.
Seguidamente se presentan los comandos más usados.
Para salir de MATLAB, use quit o exit.
El comando clc despeja la ventana de comandos, y el comando clf borra la figura actual
y por tanto despeja la ventana de gráficos.
El comando clear no afecta a las ventanas, pero si borra todas las variables de la
memoria
Para ver algunas de las capacidades de MATLAB, usar el comando demo, que inicia el
MATLAB EXPO, un entorno gráfico de demostración que ilustra algunos tipos de
operaciones que se pueden realizar con MATLAB.
Para abortar un comando en MATLAB, mantener presionada la tecla de control y oprima
c (Ctrl. + c). Esto ocasiona un interrupción local dentro del MATLAB.
Para acceder al menú de ayuda se debe usar el comando help.
El simbolo “»” denota el prompt de MATLAB y no se escribe al entrar instrucciones.
El “;” al final de la instrucción omite el “eco” o salida a la pantalla.
Exhibición de Números
Tabla 58. Exhibición de Números [24]
.
Comando MATLAB Exhibición Ejemplo
format short Por omisión 2.3333
format short e 4 decimales 2.3333e+000
format long 14 decimales 2.33333333333333
format long e 15 decimales 2.333333333333334e+000
format bank 2 decimales 2.33
format hex exp. 4002aaaaaaaaaaab
format + Hexadecimal
+, -, espacio +
Operaciones Aritméticas
Tabla 59. Operaciones Aritméticas [24]
.
ESCALAR MATRIZ VECTOR DESCRIPCIÓN
+ + + Adición
- - - Sustracción
* * .* Multiplicación
/ / . / División hacia la derecha
\ \ \ . División hacia la izquierda
^ ‘ .’ Transposición
Operadores Relacionales
Tabla 60. OperadoresRelacionales [24]
.
OPERADOR DESCRIPCIÓN
< menor que
< = menor o igual que
> mayor que
> = mayor o igual que
= = Igual
~ = no igual
Operadores Lógicos
Tabla 61. Operadores Lógicos [24]
.
OPERADOR DESCRIPCIÓN
& Y (and)
| O (or)
~ NO (not)
Combinaciones
Tabla 62. Combinaciones [24]
.
P Q ~ P P |Q P&Q
falso Falso Verdadero Falso falso
Falso verdadero Verdadero Verdadero falso
Verdadero Falso Falso Verdadero falso
Verdadero verdadero Falso verdadero verdadero
Caracteres Especiales
Tabla 63. Caracteres Especiales [24]
.
CARACTERES DESCRIPCIÓN
[ ] Se utilizan para formar vectores y matrices
( ) Define precedencia en expresiones aritméticas. Encierra argumentos de
funciones en forma usual
, Separador de elementos de una matriz, argumentos de funciones y
declaraciones en líneas con declaraciones múltiples
; Separador de declaraciones, termina renglones de una matriz
Manejo de variables: En MATLAB como en cualquier otro lenguaje de programación,
y/o asistente matemático se utilizan variables. Las variables deben tener un nombre según
ciertas reglas. Estas reglas son:
NO pueden comenzar con un número, aunque si pueden tener números (variable1 es un
nombre válido).
Las mayúsculas y minúsculas se diferencian en los nombres de variables. (A y a son dos
variables diferentes)
Los nombres de variables no pueden contener operadores ni puntos. (No es válido usar
/, *, -, +, ...)
Si se trabaja con complejos sólo puede utilizarse un de los nombres i y/o j para
variables. Ver complejos.
No es necesario definir el tipo de variable o tamaño (si se usa un vector y despues se
expande, no hay problema)
Manejo de expresiones: Una expresión en MATLAB, puede ser:
Una variable o un número. (ej: variable1, x, 3, 22.3)
Un comando aplicado. (ej: norm(A), sin(2*pi) )
Una expresión matemática. (ej: 2+3*variab1^ 4.5)
Si cualquiera de las anteriores se escribe en la línea de comandos (>> ) del MATLAB, él
devolverá el nombre de la variable y su valor (en caso de que la expresión tenga nombre, de no
tenerlo, MATLAB devolverá ans = resultado). Un punto importante que se debe resaltar es que
esto ocurre siempre y cuando la expresión no termine con punto y coma. Al añadir un punto y
coma al final de la expresión MATLAB no imprime su valor en la pantalla, aunque si realiza el
cálculo. (a=3+2; deja en a el valor de 5, pero no lo muestra).
Manejo de comandos: Cada comando en MATLAB es un archivo con extensión .m, por
lo tanto es necesario tener las librerías en que se encuentran los comandos que se desean
utilizar. Aunque la gran mayoría de los comandos utilizados siempre vienen incluidos en las
librerías.
MATLAB NO distingue entre mayúsculas y minúsculas en los comandos (a menos que
se trabaje en Unix). El resto de esta presentación trata cada comando en detalle (los más
usados).
Manejo de archivos con extensión .m: Todos los comandos a que se refiere esta
presentación pueden utilizarse directamente desde la línea de comandos del MATLAB (>>). Sin
embargo la idea es hacer un archivo (con extensión .m) que contenga el programa (para poder
modificarlo, revisarlo, correrlo otra vez) ya que es más ventajoso así. Los programas no
requieren indentación como en los ejemplos que he puesto aquí, sin embargo es recomendable
hacerlo por claridad al intentar modificar el programa o revisarlo.
Para trabajar estos archivos, es necesario saber:
Que es: Es un archivo de texto como cualquier otro donde se encuentra el listado del
programa. (sólo que su extensión no es txt sino m)
Como crear uno: Las formas más fáciles son:
Desde Unix: con el comando “!pico archivo.m” donde archivo es el nombre del
programa.
Desde Windows: con el NOTEPAD, teniendo la precaución de cambiar el tipo de archivo
a “Todos los archivos (*.*)” antes de grabarlo. (de lo contrario el archivo quedará con
nombre archivo.m.txt y el MATLAB no podrá correrlo, la solución es quitar el .txt.).
Como correrlo para obtener los resultados: Desde la línea de comandos de MATLAB se
escribe el nombre del archivo (sin el .m)
NOTAS: El archivo debe quedar grabado en el mismo directorio que MATLAB para
poder correrlo. Y si el archivo fue escrito en Unix la extensión tiene que ser escrita en minúscula
(m), y debe escribirse el nombre exactamente igual para correrlo (Unix diferencia entre
mayúsculas y minúsculas)
Comandos Básicos de Programación
Para la estructura de programación en MATLAB se requiere conocer por lo menos los
siguientes comandos:
Comando END: Determina hasta cual orden llega el efecto de if, for, y while. (Para
ejemplos de su uso ver if, while y for)
Comando IF: Verifica si se cumple cierta condición, y de acuerdo a si se cumple o no
realiza la acción que se desee.
La sintaxis de la orden es:
Donde las ordenes entre [ ] son opcionales.
(ordenes 1) son las ordenes que se realizarán si (condición) se cumple.
(ordenes 2) son las ordenes que se realizarán si (condición) NO se cumple.
(condición) Puede ser:
a == b (verifica si a es igual a b)
a < b (verifica si a es menor que b)
a > b (verifica si a es mayor que b)
a <= b (verifica si a es menor o igual que b)
a >= b (verifica si a es menor o igual que b)
a ~= b (verifica que a y b sean diferentes)
if (condición), (ordenes 1) [else, (ordenes 2)] end;
for (contador), (ordenes) end;
Comando WHILE: Realiza una parte del programa mientras se cumpla alguna
condición.
La sintaxis de la orden es:
(ordenes) son las ordenes que se realizarán mientras (condición) se cumpla.
(condición) Puede ser:
a == b (verifica si a es igual a b)
a < b (verifica que si a es menor que b)
a > b (verifica que si a es mayor que b)
a <= b (verifica si a es menor o igual que b)
a >= b (verifica que si a es mayor o igual que b)
a ~= b (verifica que a y b sean diferentes)
Comando FOR: Muy parecido al While, pero utiliza un contador, es útil si se quiere
repetir una parte del programa un número. determinado de veces.
La sintaxis de la orden es:
(ordenes) son las ordenes que se realizarán (contador) llega a su valor final.
(contador) Es de la forma:
variable = a [ , b ] : c
Donde:
variable es el contador en sí.
a es el valor inicial del contador (variable).
b es el segundo valor del contador (opcional, si se omite, b=a+1), su
función es determinar el incremento del contador.
c es el valor final del contador (variable).
Comando PLOT: Sirve para obtener resultados gráficos en 2D.
La sintaxis de la orden es:
while (condición), (ordenes) end;
plot(x, y);
x es el vector que contiene los valores de x.
y es el vector que contiene los valores de y,
tal que el valor de y en la posición uno del vector corresponde al primer valor del vector
x. La gráfica se realiza uniendo una serie de rectas entre los puntos incluidos en los vectores X
y Y. Si las curvas quedan muy mal hechas (se notan las rectas) puede ser necesario disminuir
el paso de los vectores (y aumentar el número de puntos.
pause; %pausa el computador hasta que se presione una tecla esta orden es
necesaria cuando se hace más de una gráfica, para poder ver cada una por separado. Ya que
MATLAB las dibuja en la misma ventana siempre. (a menos que se use el comando FIGURE).
para la gráfica de y = sin(t) en el intervalo t = 0 a t = 10; donde debemos hacer lo
siguiente:
>> t = 0:.3:10;
>> y = sin(t);
>> plot( t , y)
Aquí el resultado gráfico:
Figura 149. Ejemplo Resultado Grafico en 2D [24]
.
Funciones de dos variables
Vamos a elaborar la gráfica de la función z(x,y) = x exp( - x^2 - y^2):
>> [x,y] = meshdom(-2:.2:2, -2:.2:2);
>> z = x .* exp(-x.^2 - y.^2);
>> mesh(z)
Figura 150. Ejemplo Resultado Grafico en 3D [24]
.
El primer comando crea una matriz para hacer la entrada de los puntos en el espacio
cuadrado de -2 <= x <= 2, -2 <= y <= 2. Los cuadrados pequeños que constituyen la reja son
de 0.2 unidades ancho y 0.2 unidades de alto. La segunda orden crea una matriz cuyas
entradas son los valores de la función z(x,y) a los puntos de la reja. La tercera orden usa esta
información para construir el gráfico.
Comando DISP: Sirve para escribir texto de salida o vectores. de resultados.
La sintaxis de la orden es:
X Puede ser:
Un vector.
Una matriz.
Una cadena de texto.
Comando INPUT: Se utiliza para que el programa pida valores de variables mientras se
ejecuta.
La sintaxis de la orden es:
disp(X);
variable = input ( texto );
variable es un nombre válido de variable, en la que se quiere almacenar el valor que se
pregunta.
(texto) puede ser:
Una variable o,
Una cadena.
Comandos Básicos Matemáticos
Lo que hace verdaderamente poderoso al MATLAB es la facilidad para realizar
operaciones matemáticas con elementos como: (en cada vínculo se encuentra las ordenes y
sintaxis para cada tipo de elemento).
Vectores y Matrices: Los vectores y matrices en MATLAB se trabajan igual en cuanto a
asignación, por eso se explican juntos. Pero las operaciones posibles, si son diferentes, y están
separadas bajo los encabezados correspondientes.
Asignación: La asignación de variables en MATLAB es sencilla, y los vectores y
matrices no son la excepción. Cuando se desea dar el valor a toda una matriz se puede realizar
directamente de la siguiente forma:
A = [1 2 3 4 ; 5 6 7 8; 9 0 1 2]; ó
A = [1, 2, 3, 4;5, 6, 7, 8;9, 0, 1, 2];
donde la matriz escrita arriba es:
1 2 3 4
5 6 7 8
9 0 1 2
Las filas se separan por punto y coma y las columnas por espacios o comas.
De lo anterior se ve fácilmente que un vector fila se asigna así:
v = [1 2 3]; ó
v = [1, 2, 3];
y un vector columna se asigna así:
v = [1; 2; 3];
Manejo de subíndices: Otra forma de asignar valores a una matriz (o un vector) es por
medio de los subíndices. El menor subíndice utilizado por MATLAB es 1. Y va añadiendo
valores a medida que se requieran. Los subíndices se escriben entre paréntesis. Por ejemplo:
A(2, 3) =1; Asigna al elemento en la fila 2, columna 3 el valor de 1.
Si se desea cambiar todo el valor de una fila o una columna, es muy sencillo hacerlo con el
operador “:” así:
A(1 , :) = [4 5 6];
Asigna a la fila 1 el vector [4, 5, 6] (cambia la fila 1 por 4, 5, 6). Así si A era una matriz de
3 x 3 de ceros, ahora queda:
4 5 6
0 0 0
0 0 0
Igualmente a veces se requiere trabajar con vectores que son una columna o una fila de
una matriz. Esto se realiza fácilmente guardando este “vector” en un vector, así:
v = A(:,1);
Asigna al vector v la primera columna (completa) de la matriz A.
Operaciones matemáticas simples con matrices y vectores: Esto es algo en lo que
MATLAB hace las cosas verdaderamente simples, si se tienen dos matrices (o vector y matriz, o
dos vectores), y se quieren: sumar, multiplicar ó restar sólo es necesario anotar esta operación
normalmente (como se haría con números).
Comandos Matemáticos para vectores
Los comandos matemáticos más empleados con vectores son:
Comando NORM: Calcula la norma de un vector o matriz.
La sintaxis de la orden es:
Los signos [ ] son para decir que Tipo es opcional.
Matriz es la matriz o vector al que se desea calcular la norma.
Tipo es el tipo de norma que se desea calcular. Tipo puede ser una de las siguientes:
Si se omite: calcula la norma 2
en un vector es la magnitud del vector
2: calcula la norma 2
Norma = norm( Matriz [, Tipo]);
inf: calcula la norma infinito: en un vector es el
máximo valor absoluto, en una matriz es la
suma más grande de las filas.
En Norma se almacena el valor de la norma calculada.
Comando MIN: Retorna el (los) menor (es) componente (s) de un vector o matriz. Para
el caso de los vectores: retorna el menor valor contenido en sus componentes. En el
caso de una matriz MIN retorna un vector (fila) que contiene el mínimo elemento que se
encontró en cada una de las columnas (la primera componente del vector tiene el menor
elemento en la primera columna de la matriz, y así sucesivamente).
La sintaxis de la orden es:
Matriz es la matriz o vector al que se desea encontrar la (s) mínima (s) componente (s).
En Mínimo se retorna (n) el (los) mínimo (s) valor (es) encontrado (s) en la matriz o
vector.
Comando MAX: Retorna el (los) mayor (es) componente (s) de un vector o matriz. Para
el caso de los vectores: retorna el mayor valor contenido en sus componentes. En el caso de
una matriz MAX retorna un vector (fila) que contiene el máximo elemento que se encontró en
cada una de las columnas (la primera componente del vector tiene el mayor elemento en la
primera columna de la matriz, y así sucesivamente).
La sintaxis de la orden es:
Matriz es la matriz o vector al que se desea encontrar la (s) máxima (s) componente (s).
En Máximo se retorna (n) el (los) máximo (s) valor (es) encontrado (s) en la matriz o
vector.
Comando CROSS: Calcula el producto cruz entre dos vectores.
La sintaxis de la orden es:
Vector2 y Vector3 son los vectores a los que se les quiere aplicar el producto cruz. Tanto
Vector2 como Vector3 deben ser vectores tridimensionales.
Vector1 es el vector (tridimensional) resultante del producto cruz de Vector2 y Vector3.
Mínimo = min( matriz x );
Máximo = max(Matriz);
Vector1 = cross( Vector2, Vector 3 );
Comando LENGTH: Determina el número de componentes de un vector. La sintaxis de
la orden es:
Vector es el vector que se quiere medir (número de componentes).
Longitud es el número de componentes de Vector.
Comandos matemáticos para matrices
Los comandos matemáticos más empleados con matrices son:
Comando NORM: Calcula la norma de un vector o matriz.
Comando MIN: Retorna el (los) menor (es) componente (s) de un vector o matriz.
Comando MAX: Retorna el (los) mayor (es) componente (s) de un vector o matriz.
Comando SIZE: Devuelve el tamaño de la matriz (dimensiones).
La sintaxis de la orden es:
(Los símbolos [ ] se escriben.)
ó también:
Matriz es la matriz a la que se le desea determinar el tamaño (dimensiones).
En Filas se almacena el número de filas.
En Columnas se almacena el número de columnas.
Tamaño es un vector (fila) en cuyas componentes se almacenan el número de filas y de
columnas, siempre en ese orden.
Comando EIG: Calcula los valores y vectores propios (ortovalores y ortovectores) de la
matriz.
La sintaxis de la orden es:
Longitud = length (Vector);
[Filas, Columnas] = size(Matriz);
Tamaño = size(Matriz);
[ Vectores, Diagonal ] = eig( Matriz );
(Los símbolos [ ] se escriben.)
ó también:
Matriz es la matriz (cuadrada) a la que se le desea calcular los valores o vectores
propios.
Diagonal es una matriz diagonal que contiene los valores propios de Matriz. Vectores es
una matriz en la que se devuelven los vectores propios (unitarios) donde cada columna de la
matriz Vector es un vector propio de matriz; tal que el primer vector corresponde al primer valor
propio y así sucesivamente. Valores es un vector columna que contiene los valores propios de
Matriz.
Comando INV: Sirve para invertir una matriz.
La sintaxis de la orden es:
matriz2 es la matriz que se desea invertir
En matriz1 se almacena la matriz inversa de matriz 2.
Comando DET: Sirve para calcular el determinante de una matriz.
La sintaxis de la orden es:
Matriz es la matriz (cuadrada) a la que se le desea calcular el determinante.
Valor es donde se almacena el valor del determinante.
Software’s con Aplicación para Bombeo Mecánico
A continuación los software’s para Diagnostico de Bombeo Mecánico:
DYNOSTAR
Aplicación que permite a través del dinamómetro T1 la captura de la carta dinagráfica de
superficie y la evaluación por parte del optimizador “a tiempo real” del grafico carga versus
Valores = eig( Matriz );
matriz1 = inv(matriz2);
Valor = det (Matriz)
posición. La inmediatez en el diagnóstico del problema (de haberlo) y la posibilidad de corregirlo
rápidamente seria un factor importante en la reducción de producción diferida.
Luego de tomada la carta, el software permite realizar la prueba de integridad de las
válvulas (fija y viajera) además de determinar el momento de contrabalanceo (CBM) y el grafico
de amperaje (AMP Plot). En la figura 151, se observa la selección de una de las corridas
tomadas para realizar el diagnóstico. En el cuadro de dialogo inferior derecho se despliega
información de interés como cargas pico en la barra pulida (mínimos y máximos), longitud total
de carrera en pulgadas y velocidad de bombeo en spm.
Figura 151. Ventana Simulación con DYNOSTAR.
XDIAG
Es una herramienta de software que combina un sistema experto avanzado de
reconocimiento de patrones con la simulación diagnóstica de la ecuación de onda.
Este software usa la cinemática exacta de las unidades de bombeo para analizar la
geometría de cualquier balancín. Además determina las condiciones y calcula el nivel del fluido,
la presión de entrada a la bomba y el desplazamiento neto a partir de la forma de la carta de
fondo del pozo como se puede apreciar en la figura 152, cuya ventana muestra un ejemplo del
gráfico carga versus posición.
Figura 152. Ventana Simulación con XDIAG.
Algunas de las más resaltantes características del Xdiag son:
1. Determina las condiciones y la fricción en la bomba basado en conocimiento experto y
en la técnica de reconocimiento de patrones.
2. Detecta y corrige errores en la data de entrada, tales como lecturas muy bajas o altas
de la celda de carga o un nivel de fluido incorrecto.
3. Lista recomendaciones para solucionar problemas en la bomba o la unidad de
bombeo.
4. De la carta dinagráfica de fondo calcula automáticamente el nivel de fluido, la presión
a la entrada de la bomba, la carrera neta, el fluido producido debido a la carrera neta y el
porcentaje de llenado de la bomba.
5. Pueden correrse varios archivos a la vez usando la opción de corridas en lote (batch
mode) con el propósito de comparar para escenarios diferentes.
6. Calcula el Grafico de la IPR utilizando las correlaciones de Vogel o Fetkovich.
7. Calcula la carrera neta de la bomba, eficiencia volumétrica, la eficiencia general del
sistema, los torques pico y las cargas en la caja de engranaje para las condiciones existentes y
de balanceo, además del contrabalanceo necesario para balancear la unidad utilizando para
esto según sea el caso el criterio de mínimo torque o mínima energía.
En la figura 153, se muestra un reporte típico de la herramienta en el que se hace un
análisis diagnostico experto de las condiciones actuales de operación de un pozo productor.
Figura 153. Ventana de Reporte de Análisis Diagnóstico – XDIAG.
RODDIAG
Esta herramienta permite utilizar la información guardada en el dinamómetro, los
sistemas de control de bomba vacía y programas graficadores especiales como summasketch
II. Esto hace que sea el mejor programa experto en análisis y diagnóstico. En la figura 154,
aparece una ventana de corrección y acondicionamiento de unidades de bombeo.
Figura 154. Ventana Simulación con Roddiag.
Ventajas:
1.- Calcula la carta de la bomba para sistemas con varillas en acero o fibra de vidrio
usando la ecuación de onda.
2.-Calcula el esfuerzo crítico de las varillas en el tope y fondo de cada sección.
3.-Calcula el gasto mensual de energía y el costo de electricidad por barril de fluido o de
barril de aceite usando la curva de eficiencia de los motores Nema D y ultra alto deslizamiento.
4.-Calcula el recorrido de la bomba, la eficiencia volumétrica, la eficiencia total del
sistema, el pico del torque y la carga sobre la caja de reductora para condiciones normales, y el
contrabalance necesario para balancear la unidad. El informe también muestra la diferencia
entre el balanceo de la unidad para un esfuerzo mínimo en la caja de engranajes versus el uso
de energía.
5.-De la carta de bomba se puede calcular la carga de fluido, el nivel de fluido, la presión
de entrada a la bomba, el recorrido neto y el llenado de bomba.
6.- Grafica la carta dinamométrica de superficie y los esfuerzos de torsión en la caja
reductora.
Los software’s para Predicción de Bombeo Mecánico:
Estos programas son ideales para considerar y optimizar el potencial de cada pozo con
levantamiento artificial en BM. Donde los análisis, diseños y demás tareas son fácilmente
desarrollados a través de pasos sencillos.
RODSTAR
El programa RODSTAR esta provisto de herramientas completas que ayudan a
encontrar una producción ideal. Al contrario de otros programas de su clase, calcula
automáticamente la velocidad de bombeo, el tamaño de pistón y el diseño optimo de sarta de
varillas. La integración que hace este programa con la curva de influjo de pozo (IPR), permite
una predicción exacta de la producción de fluidos. Las dos versiones RODSTAR - V (para
pozos verticales), y RODSTAR - D (para pozos desviados), son la mejor alternativa predictiva
que se puede conseguir en el mercado.
Además, esta herramienta por muchas razones representa el estado del arte en diseño
de sistemas por bombeo mecánico. Así mismo, Rodstar usa también el modelo de la ecuación
de onda para la sarta de cabillas y la cinemática (1) exacta para modelar la geometría de la
unidad de bombeo.
Por lo tanto, usándolo se puede simular cualquier sistema de bombeo y predecir su
comportamiento de manera exacta. También puede simular pozos poco profundos debido a su
capacidad de incluir los efectos de la inercia del fluido (2) cuando predice las cargas
dinagráficas. Esta capacidad es especialmente importante cuando se diseñan pozos con altas
tasas (sistemas con pistones mayores de 2 plg y profundidades menores a 4000 pies).
(1).Todas las unidades de bombeo operan bajo el mismo principio básico de convertir el
movimiento rotacional del crank en el movimiento oscilatorio de la barra pulida. Sin embargo,
difieren en este punto. Puesto que unidades diseñadas para aplicaciones similares (Cargas,
carrera, etc.) por diferentes fabricantes pueden tener desempeños significativamente diferentes
como consecuencia de la selección de la geometría empleada. El análisis cinemática se realiza
con el propósito de explorar las diferencias en el movimiento de la barra pulida debido a las
variaciones en la geometría de las diferentes unidades y la influencia de estas en el
comportamiento general del sistema. Básicamente su objetivo es determinar la posición,
velocidad, aceleración de la barra pulida y factor de torque como función del ángulo del crank.
Las características cinemáticas deseadas en la mayoría de las aplicaciones son:
1. Aceleración en la carrera ascendente bajas.
2. Factores de torque mínimos.
3. Carreras ascendentes largas para maximizar el llenado de la bomba.
Figura 155. Diagrama geométrico de unidades convencionales.
(2). El efecto de la inercia del fluido incrementa las cargas del equipo y reduce la
eficiencia en pozos someros de alto potencial con muy baja producción de gas (produciendo
más de 800 bpd a profundidades menores a los 2500 pies).
En pozos más profundos este efecto es despreciable debido a la elasticidad de la sarta
de cabillas y al efecto amortiguador del fluido que ayuda a absorber el choque de las cargas de
fluido transferidas a las cabillas en la carrera ascendente. El efecto de inercia de los fluidos es
entonces uno de los principales factores que afecta el sistema de bombeo en pozos someros y
es una de las razones por las cuales muchos de los métodos de diseño para bombas de
cabillas no son asertivos.
Características:
1.- Puede recomendarle unidades de bombeo y tamaños de motores acordes a las
condiciones reales del pozo.
2.- Permite simular comportamientos con motores NEMA D o de ultra alto deslizamiento.
3.- Permite resumir los resultados de todas las corridas en un programa LOTUS que
incorpora un cuadro de proyecciones para comparaciones futuras.
4.- Optimiza y hace diseños (basados en la ecuación de onda), para sartas de varillas en
acero y fibra de vidrio.
5.- Puede hacer simulaciones para cualquier unidad de bombeo incluyendo las de
recorrido largo (ROTAFLEX), y unidades hidráulicas.
6.-Es el único programa de su clase que calcula el costo de la sarta de cabillas y la
unidad de bombeo, en la figura 156 se muestra una ventana con esta función.
Figura 156. Ventana Simulación con RODSTAR- Diseño de Sarta de Cabillas.
7.- Cuenta con una inmensa base de datos que incluye diversas clases y marcas en
unidades de bombeo.
8.- Permite ingresar pruebas de producción y presión.
9.- Genera curvas IPR basados en los métodos de Vogel y Fetkovich; incluyendo valores
dinámicos de producción de aceite y agua.
10.- Permite la lectura de información de programas de diagnóstico como el RODDIAG o
XDIAG.
Figura 157. Ventana Rodstar – Curvas dinamométricas predictivas.
RODSTAR D (Programa Especial para Pozos Desviados)
Características:
1.- Se puede ingresar información sobre el comportamiento de la producción (IPR), y
tener cálculos automáticos de velocidad de la unidad, tamaño del pistón, diseño de sarta de
varillas, tamaños de unidades de bombeo y motor.
2.- Reportes completos.
3.- Ayuda a visualizar pozos desviados con un sistema sofisticado e interactivo 3D.
4.-Importa información fácilmente de EXCEL o programas OCR.
Figura 158. Ventana Rodstar para pozos desviados.
Figura 159. Ventana Simulación con RODSTAR pozos desviados.
QRod
Es el programa de diseño y predicción más usado alrededor del mundo. El objetivo del
programa es servir de herramienta de ayuda en sistemas de levantamiento artificial en bombeo
mecánico, eliminando la necesidad de ingresar demasiados detalles. El programa usa
soluciones de la ecuación de onda para predicciones acertadas de cartas dinamométricas de
superficie, torques y capacidad de la bomba de subsuelos con una mínima entrada de datos.
El efecto de cambiar parámetros como el ancla de tubería, longitud de recorrido, tasas
de producción, y diámetros de bomba pueden ser visualizados dinámicamente en las corridas
del programa. Esta herramienta además incluye un completo análisis del tamaño de bomba,
diseños de sartas de varillas, tamaño de la unidad de bombeo y tamaño del motor para
cualquier opción de profundidad y rata de bombeo que el usuario desee ingresar. El tamaño de
la unidad de bombeo requerido es determinado a través de una simulación completa de
unidades convencionales, Mark II y balanceadas por aire. El programa es compatible con sartas
de varillas tipo “Taper” y combinaciones en acero y fibra de vidrio. Qrod fue diseñado para
remplazar los cálculos del API RP 11L a través de un sencillo manejo con una mayor exactitud
para diseños y análisis de problemas en sistemas con levantamiento artificial en bombeo
mecánico.
Figura 160. Ventana Simulación con Qrod.
Características:
1.- Permite un diseño detallado de sistemas con levantamiento artificial en bombeo
mecánico.
2.- Usa la ecuación de onda para predicciones exactas en cartas dinamométricas,
torques y capacidad de bomba.
3.- Permite predicciones con una mínima entrada de datos.
4.- Visualiza y anima cambios de parámetros de entrada como ancla de tubería, longitud
de recorrido, ratas y diámetro de bomba
5.- Entrega información completa que incluye: desplazamiento de bomba, carga en la
sarta de varillas, unidad de bombeo y requerimientos en motores para diversas profundidades y
ratas de producción.
Los software’s de soporte-Diagnóstico – Predictivo para Bombeo Mecánico:
CBalance
El programa Cbalance contiene una extensa base de datos de los crank e información
de las contrapesas para la mayoría de las unidades de bombeo encontradas en los campos
petroleros gracias a su versatilidad. La información en la base de datos del programa incluye:
una lista de contrapesas que pueden usarse en el tipo de crank seleccionado, la mínima y
máxima distancia que cada contrapesa puede físicamente moverse en el crank, el centro de
gravedad de la contrapesa o sus auxiliares. Además, esta herramienta realiza dos tareas que
son importantes para la optimización del bombeo mecánico:
1. Permite obtener la data de contrabalanceo sin mediciones de campo.
2. Calcula la posición de las contrapesas requerida para balancear la unidad en un paso.
Figura 161. Ventana Software CBalance.
En este orden de ideas, este software esta diseñado para trabajar con programas
diagnósticos y predictivos de la ecuación de onda. Usando la información en la base de datos
Cbalance puede exitosamente calcular el momento máximo de contrabalanceo. Este valor se
introduce luego dentro de los softwares de diagnóstico para calcular las cargas en la caja de
engranaje y el consumo de energía. De identificarse sobrecargas en el sistema la aplicación con
Rodstar puede calcularse el momento máximo de contrabalanceo necesario para disminuir
estas cargas a las máximas permisibles. Con este valor se puede volver al Cbalance y
determinar hacia donde y cuanto mover las pesas.
Los software’s complemento para Herramientas en Bombeo Mecánico:
XTOOLS
Es un complemento ideal de los programas RODSTAR, XDIAG y RODDIAG, ya que
permite el cálculo de parámetros importantes del sistema. El programa incluye cuatro cálculos
expertos y módulos de diseño:
Cálculos de velocidades SPM
1. Cálculos parámetros del motor.
2. Diseños de anclas de gas.
3. Diseños de anclas de Tubing.
A.- Modulo de cálculos SPM: Este modulo calcula los SPM que se obtendrá basado en
parámetros específicos del motor. Al usar tamaños estándares de motor y de la caja de
engranajes se obtendrá una velocidad levemente más grande o más pequeña que la que se
encuentra en RODSTAR.
Figura 162. Ventana Software XTOOLS- Cálculo de SPM.
B.- Modulo de cálculos en el motor: Con este modulo es posible calcular parámetros
en el motor que ayudan a obtener un punto de referencia en la velocidad de la unidad. Después
de correr un nuevo diseño o mejorar uno existente con el programa RODSTAR se puede utilizar
este modulo para determinar el tamaño estándar del motor.
Figura 163. Ventana Software XTOOLS - Cálculos parámetros del motor.
C.- Modulo para el cálculo de anclas de gas: A través de este modulo se dispone de
un programa que permite el calculo de diferentes parámetros indispensables para el diseño de
un separador de gas tipo “Poor Boy”.
Figura 164. Ventana Software XTOOLS – Cálculos de Ancla de Gas.
D.- Modulo para el cálculo de anclas de tubería: Este modulo calcula el margen de
“overpull” para anclas y la elongación de la tubería requerido para fijarla correctamente y evitar
esfuerzos innecesarios por tensión.
Figura 165. Ventana Software XTOOLS – Calculo de Ancla de Tubing.
Software de Integración Monitoreo – Control – Análisis (XSPOC)
El XSPOC (Ver figura 166), es el software de supervisión que monitorea, controla y
analiza pozos y facilidades. Este programa consta de un servidor en donde el cliente puede
interactuar con el resto del sistema. Además, provee de una completa comunicación con los
controladores de pozo y otros dispositivos, revisión y análisis de cartas dinamométricas, y
entrada y salida de datos.
Figura 166. Ventana Software XSPOC.
Características:
Un diseño en base a cliente – servidor.
Capacidad de análisis preciso al usar el BM.
Guarda un número ilimitado de cartas dinamométricas.
Un completo control de pozo (arranque, apagado).
Notificación automática de alarmas (radio, teléfono, correo electrónico).
Soporta los protocolos más comunes POC´S, RTU´S y dispositivos compatibles
Modbus.
Permite controlar y monitorear instalaciones auxiliares: monitoreo de corrientes
de entrada y salida (alarmas, tendencia, estado, etc.).
Comunicación serial, CDPD, Internet, ethernet y OPC.
Ventajas:
Software fácil de manejar.
Información en tiempo real.
Identificación y corrección automática de problemas a través de XDIAG. Además
tiene la capacidad para identificar y corregir errores de entrada de información;
incluyendo errores de medida de carga, cambios de fases, datos erróneos de posición y
interferencia de datos con el dinamómetro. El diagnostico completo de pozo permite
establecer la condición y eficiencia de la bomba de subsuelo, en nivel de fluido, el
torque y carga en las varillas, análisis eléctrico del sistema.
Base de datos abierta (MS, SQL Server).
Capacidad suficiente para integrar información.
Opciones de acceso inalámbrico o remoto.
Soportes.
Integración con RODSTAR y CBALANCE.
Módulos sin costos adicionales al XSPOC.
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
Tipo de Investigación
La investigación puede ser de varios tipos, y en tal sentido se puede clasificar de distintas
maneras. Sin embargo es común hacerlo en función de su nivel, su propósito y su diseño [25].
En función de su nivel esta investigación es:
Documental: Se dice que es de tipo documental ya que se realiza, como su nombre lo indica,
apoyándose en fuentes de carácter documental, esto es, en documentos de cualquier especie.
Dentro de esta tipología se puede decir que la investigación es bibliográfica ya que usa un
conjunto de técnicas y estrategias para localizar, identificar y acceder a aquellos documentos
que contienen la información pertinente para la investigación, como la consulta de libros,
trabajos de grado, informes, bases de datos computarizados, etc.
Descriptiva: se efectúa cuando se desea describir, en todos sus componentes principales, una
realidad; mediante este tipo de investigación, que utiliza el método del análisis, se logra
caracterizar un objeto de estudio o una situación concreta, señalar sus características y
propiedades.
Se dice que esta investigación es de tipo descriptiva ya que en el estudio se analizan los
criterios técnicos y metodologías asociadas al diagnostico de sistemas de levantamiento por
bombeo mecánico.
Según su propósito esta investigación es de tipo:
Aplicada: Una investigación es considerada aplicada, cuando busca mejorar una situación o
cualquier problema específico.
Basado en este concepto se considera del tipo aplicada, ya que esta ingestación busca
dar una respuesta rápida y eficiente para al diagnostico de pozos petroleros con bombeo
mecánico.
Según el diseño de la investigación este trabajo es de tipo:
En cuanto al diseño de investigación, este no es más que la estrategia general que adopta
el investigador para responder al problema planteado. En atención al diseño, la investigación se
clasifica en: documental, de campo y experimental.
De campo: consiste en la recolección de datos directamente de los sujetos investigados, o
de la realidad donde ocurren los hechos (datos primarios), sin manipular o controlar variable
alguna, es decir, el investigador obtiene la información pero no altera las condiciones existentes.
De allí su carácter de investigación no experimental.
Se considera de campo, ya que la data existente de los pozos con bomba mecánica se
toma en forma directa de la realidad donde se presenta, a través de la historia de producción y
medición de parámetros de campo, sin someter al equipo a diferentes condiciones
operacionales, solo se utiliza para evaluar el programa computarizado a generar.
Población y Muestra
Población
Desde el punto de vista estadístico, de acuerdo con Balestrini (1999, p. 122), la
población o universo puede estar referido a cualquier conjunto de elementos de los cuales se
pretende indagar y conocer sus características, o una de ellas, y para el cual serán válidas las
conclusiones obtenidas en la investigación. Es el conjunto finito o infinito de personas, casos o
elementos que presentan características comunes [25].
Según lo antes expuesto, la población en este trabajo de investigación está
representada por pozos que produzcan por Bombeo Mecánico a los cuales se desee realizar un
diagnostico del sistema.
Muestra
Cuando no es posible medir cada uno de los individuos de una población, se toma una
muestra representativa de la misma.
La muestra descansa en el principio de que las partes representan al todo y, refleja las
características que definen la población de la que fue extraída, lo cual indica que es
representativa. Por lo tanto, la validez de la generalización depende de la validez y tamaño de la
muestra [25].
La muestra está conformada por dos pozos que actualmente produce por Bombeo
Mecánico, cuyos datos permitirán correr el programa y a su vez validarlo con los resultados
arrojados por el mismo.
Fuentes de Recolección de Información
Para la elección de los instrumentos de recolección de información es necesario detallar
las fuentes de información usadas:
Fuentes Primarias
Es la fuente documental que se considera material de primera mano relativo a un
fenómeno que se desea investigar.
Estas fuentes son los documentos que registran o corroboran el conocimiento inmediato
de la investigación incluyen libros, revistas, informes técnicos y trabajos de grado.
Fuentes Secundarias
Son aquellas que han sido recopiladas y transmitida por otros investigadores que han
recibido dicha información a través de otras fuentes escritas o por un participante en un suceso
o acontecimiento. Los datos que integran las fuentes secundarias se basan en documentos
primarios.
Las fuentes de recolección por este tipo de técnica se logró a través de la revisión
documental de: manuales, folletos, trabajos realizados sobre el tema y textos. Los cuales
complementaron la investigación por medio de diversos criterios.
Dentro de esta fuente se utilizó la revisión de programas computarizados realizados por
otros investigadores, para obtener datos que ayudaran a la elaboración del programa
computarizado para el diagnostico del sistema bombeo mecánico como método de
levantamiento artificial. Así como también el lenguaje bajo el cual se ambienta el dicho
programa (Visual Basic 6,0).
Metodología Aplicada
Para la realización de esta investigación se aplicó una metodología que permitiera el
cumplimiento de los cuatro objetivos planteados, a continuación se detallan las actividades
empleadas en las diferentes fases del proyecto.
Objetivo 1
Analizar los criterios técnicos y metodologías asociadas al diagnostico de sistemas
de levantamiento por bombeo mecánico.
El análisis de los criterios técnicos y metodologías asociadas al tema, se realizó
mediante la recopilación, revisión, síntesis, organización y definición de los parámetros
necesarios para el diagnostico de bombas mecánicas.
La información obtenida permitió la selección de los criterios necesarios para la
aplicación del sistema de bombeo mecánico, Así como también el estudio detallado de las
metodologías relacionadas, permitió la implementación de un algoritmo o ciertos pasos del
procedimiento incluidos en las mismas.
Objetivo 2
Plantear el algoritmo para el diagnostico de sistemas de levantamiento por bombeo
mecánico.
Se utilizo toda la información obtenida del objetivo anterior, estableciendo procedimientos y
técnicas para realizar el análisis necesario en la construcción del diseño, que permitiera el desarrollo
de esta investigación.
Realizado el análisis se define el sistema y datos del mismo, obteniendo las variables
necesarias para dar cumplimiento a la elaboración del programa computarizado.
Para plantear el algoritmo, se describieron los pasos que permiten el diagnostico de
sistemas de levantamiento por bombeo mecánico, y que además sirva para optimizar las
bombas mecánicas instaladas en pozos petroleros.
Dicho algoritmo es presentado a través de un flujograma para facilitar su posterior
escritura en lenguaje de programación.
Objetivo 3
Elaborar el programa computarizado en lenguaje visual Basic para diagnosticar
pozos con sistema de levantamiento por bombeo mecánico.
Se inicia el proceso de construcción del programa utilizando como componentes; la
estructura operativa, funciones a desarrollar e instrucciones que se deben seguir para su uso.
Para la elaboración del programa, el algoritmo planteado se llevó a lenguaje de
programación, adaptado a Visual Basic 6,0.
El diseño del programa permite el cargar los parámetros relacionados con: yacimientos,
completación y producción de pozos, y observar los resultados correspondientes; con la
finalidad de emitir el diagnostico del sistema de levantamiento por bombeo mecánico.
Objetivo 4
Validar el programa computarizado para el diagnostico del sistema de levantamiento
por bombeo mecánico.
A partir de la construcción ya realizada se llevan a cabo las pruebas de aplicación del
programa para comprobar su funcionalidad, calidad y aceptación técnica como programa.
Realizadas las pruebas y obtenida la versión final del programa computarizado para
diagnostico del sistema de bombeo mecánico, se introducen los datos pertenecientes a un caso
práctico de estudio, y se comprueba la efectividad del mismo a través de los resultados obtenidos.
Para validar el programa computarizado, se cargaron los parámetros de yacimientos,
completación y producción de pozos reales en el programa computarizado elaborado, y luego a
través del análisis y comparación de los resultados arrojados con los suministrados por uno de
los simuladores existentes en el mercado y que posee la Universidad del Zulia en la sala de
simulación de la Escuela de Petróleo en Maracaibo, se validó el mismo.
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Resultados de la Investigación
La aplicación de la metodología descrita en el capítulo anterior permitió el cumplimiento de
los cuatro objetivos planteados, a continuación se detallan los resultados obtenidos a partir de
las actividades realizadas en las diferentes fases del proyecto.
Diagramas Causa – Efecto. Fallas Equipos de Bombeo Mecánico
A partir del análisis de los criterios técnicos y metodologías asociadas al diagnostico de
sistemas de levantamiento por bombeo mecánico, se observan a continuación los diagramas
causa – efecto generados para las fallas de los equipos de Bombeo Mecánico.
La figura 167 muestra el diagrama causa – efecto de baja tasa de producción por fallas
del equipo de superficie de bombeo mecánico.
La figura 168 muestra el diagrama causa – efecto de baja tasa de producción por fallas
del equipo de fondo de bombeo mecánico.
La figura 169 muestra el diagrama causa – efecto de baja tasa de producción por fallas
del sistema completación yacimiento de bombeo mecánico.
Baja tasa de producción - Equipo de superficie
Figura 167. Fallas en equipo de superficie. Diagrama causa – efecto [26]
.
MOTOR
DESACELERADO
RUIDO Y/O ALTA TEMPERATURA EN
EL MOTOR
FILTRACIÓN EN
PRENSA ESTOPA
PÉRDIDA DE
POTENCIA
DAÑO EN LA
BARRA PULIDA
BAJA TASA DE PRODUCCIÓN
EQUIPO DE
SUPERFICIE
EMPACADURA ROTA
BARRA DESALINEADA MATERIAL FUERA DE ESPECIFICACIÓN
DESBALANCE
DESALINEADO CARGA
EXCESIVA
SOBRE CARGA
COJINETE RECALENTADO
SOBRE CARGA
COMPONENTE DAÑADO
FALTA DE LUBRICACIÓN
Baja tasa de producción - Equipo de fondo
Figura 168. Fallas en equipo de fondo. Diagrama causa – efecto [26]
.
BARRA PULIDA
ATASCADA
GOLPE DE BOMBA
DE SUBSUELO
POZO SIN ACCIÓN
DE BOMBEO
BAJO CAUDAL Y/O EFICIENCIA
VOLUMÈTRICA DE
LA BOMBA
BAJA TASA DE PRODUCCIÓN
EQUIPO DE
FONDO
FUGA DE VALVULAS
BOMBA DE SUBSUELO GRANDE
MAL ESPACIAMIENTO
BOMBA DESANCLADA
POZO PRODUCIENDO GAS
BOMBA DAÑADA
FILTRACIÒN
CRUDO PESADO
ARENAMIENTO
CABILLA SUELTAS O PARTIDAS
SARTA DE CABILLA INADECUADA
Baja tasa de producción - Sistema completación yacimiento
Figura 169. Fallas en el Sistema Completación - Yacimiento. Diagrama causa – efecto [26]
.
ALTO RAP
ALTO % A y S
COMPLETACIÓN
PARCIAL
DAÑO DE
FORMACIÓN
CAÑONEO PARCIAL
BAJA TASA DE PRODUCCIÓN
SISTEMA COMPLETACIÓN
YACIMIENTO
MIGRACIÓN/ TAPONAMIENTO
POR ARENA
MIGRACIÓN/ TAPONAMIENTO
POR FINOS
MAL DISEÑO DE LA
COMPLETACIÓN
PRESENCIA DE PRECIPITADOS
INORGÁNICOS
TAPONAMIENTO DEL INTERVALO
CAÑONEADO
PRESENCIA DE PRECIPITADOS
ORGÁNICOS
ALTO RGP
CAÑONEO
INADECUADO
MAL DISEÑO O MALA
EJECUCIÓN DEL CAÑONEO
DISEÑO INADECUADO
DEL CAÑONEO
PENETRACIÓN PARCIAL
PSEUDODAÑO
ALTO DRAW DOWN
MALA CEMENTACIÓN
YACIMIENTO DEPLETADO
INVERSIÓN DE LA
MOJABILIDAD
CONTACTO AGUA PETRÓLEO CERCANO
ADEDAMIENTO
CANALIZACIÓN
CONIFICACIÓN
Diagrama de flujo. Efectividad de los sistemas de Bombeo Mecánico
Figura 170. Diagrama de flujo 1. Efectividad de los sistemas de bombeo mecánico [26]
.
INICIO
REVISAR HISTORIA DE
PRODUCCION
COMPARAR TASA DE PRODUCCION
REAL VS ESTIMADA
TASA REAL <
TASA ESTIMADA?
SISTEMA DE LEVANTAMIENTO POR
BOMBEO MECANICO EXISTOSO
POZO SIN PROBLEMA
ARCHIVAR RESULTADOS
ANALIZAR SIGUIENTE POZO
NO
SI
Z
A
ANALIZAR PROBLEMAS
?
DESEA REVISAR EL SISTEMA DE
SUPERFICIE?
Y
NO
NO
SI
SI
Figura 171. Diagrama de flujo 2. Efectividad de los sistemas de bombeo mecánico [26]
.
A
REVISAR CARTA DINAGRAFICA
EXISTEN BUENAS CONDICIONES DE
LA LINEA DE FLUJO,
SEPARADOR, MULTIPLE DE
PRUEBA?
CAUSAS:
LINEA DE FLUJO ROTA
ALTA PRESION DE SEPARACION
LINEA DE FLUJO OBSTRUIDA
RECOMENDACIONES:
CALIBRAR SEPARADOR
REPARAR O REEMPLAZAR TUBERIA
LIMPIAR LINEA OBSTRUIDA
NO
SI
NO
SI
NO
SI
FUNCIONAN LOS
EQUIPOS DE
SUPERFICIE?
CAUSAS:
FALLA O FUGA EN EL CABEZAL DE PRODUCCION
RECOMENDACIONES:
CORREGIR LAS FALLAS O LA FUGA EN EL CABEZAL DE PRODUCCION
EXISTE FILTRACION
EN LA PRENSA
ESTOPA?
B
CAUSAS:
EMPACADURA ROTA
BARRA DESALINEADA
RECOMENDACIONES:
REALIZAR INSPECCION EN LA UNIDAD DE BOMBEO
CAMBIAR EMPACADURA
Figura 172. Diagrama de flujo 3. Efectividad de los sistemas de bombeo mecánico [26]
.
NO
B
SI EXISTE DAÑO EN
LA BARRA
PULIDA?
CAUSAS:
MATERIAL FUERA DE ESPECIFICACION
DESBALANCE
DESALINEO
RECOMENDACIONES:
REALIZAR INSPECCION A LA UNIDAD PARA CORREGIR DAÑO
REVISAR DISEÑO DE LA UNIDAD PARA VERIFICAR ESPECIFICACIONES
NO
SI
SI
NO
NO
SI EXISTE PERDIDA
DE
POTENCIA?
CAUSA:
CARGA EXCESIVA
RECOMENDACIONES:
REVISAR LAS ESPECIFICACIONES DE LA UNIDAD DE BOMBEO: POTENCIA, VELOCIDAD Y ENERGIA.
SE ENCUENTRA EL MOTOR
DESACELERA- DO?
CAUSA:
COJINETE RECALENTADO
SOBRECARGA
RECOMENDACIONES:
REVISAR ESPECIFICACIONES DE POTENCIA DEL SISTEMA DE BOMBEO
EXISTE RUIDO Y/O ALTA
TEMPERATURA
EN EL MOTOR?
CAUSA:
FALTA DE LUBRICACION
COMPONENTE DAÑADO
SOBRECARGA
RECOMENDACIONES:
VERIFICACION COMPLETA Y EN FORMA RUTINARIA DE ACEITE, GRASA Y LUBRICANTES
EXAMINAR MOTOR Y REEMPLAZAR COMPLETAMENTE O SOLO EL COMPONENTE DAÑADO SEGÚN SEA EL CASO
C
Figura 173. Diagrama de flujo 4. Efectividad de los sistemas de bombeo mecánico [26]
.
SI
NO
C
DESEA REVISAR EL SISTEMA DE
FONDO?
Y
X
NO
SI
SI
REVISAR CARTA DINAGRAFICA
VERIFICAR REGISTROS
DE PRESION
VERIFICAR LOS
REGISTROS SONICOS
EXISTE GOLPE DE BOMBA DE
SUBSUELO?
CAUSA:
MAL ESPACIAMIENTO
BOMBA DESANCLADA
RECOMENDACIONES:
DETENER EL PROCESO DE BOMBEO PARA ESPACIAR Y ASENTAR LA BOMBA.
ESTA EL POZO SIN
ACCION DE BOMBEO?
NO
D
CAUSA:
POZOS PRODUCIENDO GAS
BOMBA DAÑADA
CABILLAS SUELTAS O PARTIDAS
FILTRACION
RECOMENDACIONES:
REVISAR O CAMBIAR ANCLA DE GAS
RETIRAR EL EQUIPO DE BOMBEO Y CAMBIAR
HACER UN BUEN ENSAMBLAJE DE LAS SARTAS DE CABILLAS
REEMPLAZAR CABILLAS PARTIDAS
REVISAR ESTADO DE LAS VALVULAS
Figura 174. Diagrama de flujo 5. Efectividad de los sistemas de bombeo mecánico [26]
.
NO
SI
D
EXISTE BAJO CAUDAL Y/O EFICIENCIA
VOLUMETRICA
DE LA BOMBA?
CAUSA:
FUGA DE VALVULA
BOMBA DE SUBSUELO GRANDE
SARTA DE CABILLA INADECUADA
RECOMENDACIONES:
BUSCAR Y REMOVER CABILLA INADECUADA
REEMPLAZAR LA BOMBA POR UNA MAS PEQUEÑA MANTENIENDO DESPLAZAMIENTO Y VELOCIDAD
SACAR LA BOMBA Y LLEVAR A UN BANCO DE PRUEBA Y CAMBIAR DE SER NECESARIO
SE ENCUENTRA LA BARRA
PULIDA ATASCADA?
CAUSA:
ARENAMIENTO
CRUDOS PESADOS
RECOMENDACIONES:
INYECTAR SOLVENTES Y/O SURFACTANTES
REALIZAR REMOCION TECNICA
COLOCAR FILTRO DE ARENA (LINER RANURADO)
SI
NO
DESEA REVISAR EL SISTEMA DE COMPLETACION
-YACIMIENTO?
X
SI
NO
W
EXISTE DAÑO DE
FORMACION?
SI
E
NO
CAUSA:
PSEUDODAÑO
PENETRACION PARCIAL
CAÑONEO PARCIAL
DISEÑO INADECUADO DEL CAÑONEO
RECOMENDACIONES:
CAÑONEO Y RECAÑONEO
PROFUNDIZAR EL POZO EN CASO DE PENETRACION PARCIAL
Figura 175. Diagrama de flujo 6. Efectividad de los sistemas de bombeo mecánico [26]
.
E
EXISTE CAÑONEO
INADECUADO?
SI
NO
CAUSA:
MAL DISEÑO O MALA EJECUCION DEL CAÑONEO
RECOMENDACIONES:
RECAÑONEAR/ VOLVER A CAÑONEAR.
EXISTE COMPLETACION
PARCIAL?
SI
NO
CAUSA:
MAL DISEÑO DE LA COMPLETACION
RECOMENDACIONES:
PROFUNDIZAR EL POZO
RECAÑONEAR.
EXISTE ALTO RAP?
SI
NO
CAUSA:
YACIMIENTOS DEPLETADOS
INVERSION DE LA MOJABILIDAD
CANALIZACION
CONIFICACION
ADEDAMIENTO
MALA CEMENTACION
CONTACTO AGUA-PETROLEO CERCANO
ALTO DRAW DOWN
RECOMENDACIONES:
COLOCAR POZO INYECTOR
PRODUCIR DEBAJO DE LA TASA CRITICA
CONTROL DE LA TASA DE PRODUCCION
CONTROL DE LA TASA DE INYECCION
AISLAR QUIMICAMENTE LA ZONA DE AGUA (CEMENTO, GELES, POLIMEROS ETC…)
CAÑONEAR HACIA LA BASE DEL INTERVALO PARA RESTRINGIR EL FLUJO DE AGUA
COMPLETACION SELECTIVA
F
Figura 176. Diagrama de flujo 7. Efectividad de los sistemas de bombeo mecánico [26]
.
F
EXISTE ALTO
%A y S?
SI
NO
CAUSA:
MIGRACION/TAPONAMIENTO POR ARENA
MIGRACION/TAPONAMIENTO POR FINOS
RECOMENDACIONES:
CONTROL DE LA TASA DE PRODUCCION (TASA OPTIMA)
EMPAQUE CON GRAVA A HUECO ABIERTO
EMPAQUE CON GRAVA A HUECO ENTUBADO
USO GENERAL DE LINER RANURADO
ESTABILIZADORES PARA ARCILLAS O FINOS
TRATAMIENTOS ACIDOS
EXISTE PRESENCIA
DE
EMULSIONES?
SI
NO
CAUSA:
PRESENCIA DE LODOS DE EMULSION EN LA PERFORACION
PRESENCIA DE CRUDOS EMULSIONADOS
RECOMENDACION:
INYECTAR SOLVENTES Y/O SURFACTANTES
EXISTE PRESENCIA DE PRECIPITADOS
INORGANICOS?
SI
NO
CAUSA:
TAPONAMIENTO DEL INTERVALO CAÑONEADO
RECOMENDACION:
ACIDO ACETICO
ACIDO CLORHIDRICO
MUD ACID (ARENISCA)
ACIDO FORMICO
ACIDO ALCOHOLICO
YACIMIENTO DE GAS
G
Figura 177. Diagrama de flujo 8. Efectividad de los sistemas de bombeo mecánico [26]
.
FIN
REALIZAR UN ANALISIS TECNICO-ECONOMICO DE LA FACTIBILIDAD DE OTRO METODO DE
LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL
SI
NO
Z
G
EXISTE PRESENCIA DE PRECIPITADOS
ORGANICOS? SI
NO
CAUSA:
ALTO RGP
PRESENCIA DE ASFALTENOS
PRESENCIA DE PARAFINAS
RECOMENDACION:
PRUEBAS DE COMPATIBILIDAD CON EL FLUIDO DE FORMACION
PARA ASFALTENOS: SOLVENTES AROMATICOS (XILENO)
PARA PARAFINAS: SOLVENTES PARAFINICOS (TOLUENO)
W
LEVANTAMIENTO POR BOMBEO MECANICO NO ES
EXITOSO?
Aplicación y Validación del Programa Computarizado
La aplicación del programa computarizado, planteado en lenguaje de programación,
adaptado a Visual Basic 6,0, como ya se mencionó anteriormente, incluyó la carga de los
parámetros relacionados con: yacimientos, completación y producción de pozos, y observación
de los resultados correspondientes; y así de emitir el diagnostico del sistema de levantamiento
por bombeo mecánico.
El manual del usuario del programa elaborado se incluye para facilitar su uso e
instalación, el cual puede observarse en el capítulo V.
Por otra parte el programa computarizado generado se validó a través del análisis y
comparación de los resultados arrojados con los suministrados por uno de los simuladores
existentes en el mercado y que posee la Universidad del Zulia en la sala de simulación de la
Escuela de Petróleo en Maracaibo, como se verá a continuación:
Pozo Ejemplo
Datos:
Tabla 64. Datos Pozo Ejemplo [26]
.
Pozo Ejemplo 1.
Variable Valor Unidad
Tipo Pozo Vertical -
Angulo Desviación - -
Profundidad Tubería8000 (4-1/2) + 780 (3-
1/2)
Pie
Profundidad Válvula Fija 7978 Pie
Gravedad API Crudo 10,6 ºAPI
Temperatura Referencia 180 F
Viscosidad Petróleo 70-290 CP
Gravedad Especif ica Gas 0,86 Adimensional
Presión de Burbujeo 1350 Psi
Temperatura Burbujeo F
Gravedad Especif ica Agua 1,67 Adimensional
% Agua en el Pozo 2 %
Temperatura del Cabezal 120 F
Presión del THP 110 PSI
Presión del Casing 0 PSI
Ultima Producción Bruta 231 BPD
Relación Gas Petróleo 432 PCN/BN
Profundidad Perforación
(Tope/Base) 8339-8850
Pie
Profundidad y Diámetro del
Revestidor587(13-3/8) + 8339(9-
5/8)
Pie
Presión Estática 1300 Lpc
Presión Fondo Fluyente 645 Lpc
Presión Entrada Bomba (PIP) 404
Ultimo Nivel de Fluido 1771 Pie
Diagrama Mecánico:
REV. 13 3/8” @ 587’
54.5 #/PIE , K - 55
REVESTIDOR DE 9 5/8” @ 8339’
47 #/PIE , N-80
LINER 7”, 8205’ - 8845’
FM:
BOSCAN SUPERIOR
INTERVALO PRODUCTOR
8339´ - 8850´
PT @ 8850’
EMR: 109’
Cola de Tubería 3-1/2” @ 8808’
TUB. PROD 4 1/2” x 3-1/2”
ANCLA DE TUBERIA 9-5/8”* 4-1/2”
(B-2) @ 7971’
Bomba ARHB-TSO 4-1/2”x 2-1/4” x 28’
@ 7983’ con niple perforado
BARRA PULIDA: 1-1/2” x 30’SART. CAB : 1-1/8 (61) + 1” (80)+ 7/8” (123) (N-97)/ 2 P/Rod de 1-1/8“ x 2’ y 6’
Figura 178. Diagrama mecánico Pozo Ejemplo
[26].
Cartas Dinagráficas: Condición de la bomba (Interferencia por Gas)
Figura 179. Cartas Dinagráficas Pozo Ejemplo [26]
.
Una vez cargados los datos en el programa computarizado, siguiendo el manual de
mismo, se obtienen los resultados que siguen:
Curva de afluencia por Vogel:
Figura 180. Curva de afluencia Pozo Ejemplo Programa Computarizado [26]
.
La figura siguiente se obtuvo de un simulador comercial, como puede observarse los
resultados del análisis nodal coinciden en ambos simuladores, por lo que esta aplicación del
programa computarizado se ha validado.
328 BPD
Figura 181. Curva de afluencia Pozo Ejemplo Simulador comercial
[26].
Abajo se observan las figuras de la aplicación del modulo de diseño del programa
computarizado:
Figura 182. Modulo de Diseño 1 Programa Computarizado [26]
.
Figura 183. Modulo de Diseño 2 Programa Computarizado [26]
.
En la figura que sigue se detallan los resultados de diseño para el pozo ejemplo, con el
programa computarizado.
Figura 184. Resultados de Diseño Pozo Ejemplo Programa Computarizado [26]
.
En la figura siguiente se detallan los resultados de diagnostico para el pozo ejemplo, con
el programa computarizado.
Figura 185. Resultados de Diagnostico Pozo Ejemplo Programa Computarizado [26]
.
También para completar la validación del programa computarizado, se muestran a
continuación las figuras que incluyen los resultados de diseño y diagnostico para el pozo
ejemplo con el simulador comercial, donde la similitud de los parámetros la confirman.
XDIAG -
Figura 186. Resultados de Diseño y Diagnostico 1 Pozo Ejemplo Simulador Comercial [26]
.
XDIAG -
Figura 187. Resultados de Diseño y Diagnostico 2 Pozo Ejemplo Simulador Comercial [26]
.
A continuación se observarán las figuras correspondientes a los resultados del análisis
de las cartas dinagráficas según los métodos gráfico y analítico con los que cuenta el programa
computarizado generado.
Por el método gráfico:
Carta Dinagráfica de Campo
Carta Dinagráfica Patrón “Interferencia por Gas”
Figura 188. Resultados Análisis Cartas 1 Pozo Ejemplo Programa Computarizado [26]
.
Por el método analítico: Para este método se utilizó otro pozo ejemplo.
Pozo Ejemplo 2
Cartas Dinagráficas: Condición de la bomba (Golpe de fluido)
Figura 189. Cartas Dinagráficas Pozo Ejemplo 2 [26]
.
Figura 190. Resultados Análisis Cartas 1 Pozo Ejemplo 2 Programa Computarizado
[26].
Figura 191. Resultados Análisis Cartas 2 Pozo Ejemplo 2 Programa Computarizado [26]
.
En la figura 188 se muestran la carta azul, que es la de campo o real, con la carta negra,
que es la patrón del programa, asociando las mismas, se indica problemas de interferencia por
gas en el sistema de bombeo mecánico, coincidiendo esto con la condición de la bomba según
la carta de campo.
En la figura 190 se observa que se ha ajustado el programa a la data de la carta
dinagráfica real del pozo ejemplo 2; y en la figura 191 se muestra la carta azul, que es la de
campo o real, con la carta roja, que es la patrón del programa, asociando las mismas, se indica
problemas de golpe de fluido en el sistema de bombeo mecánico, coincidiendo esto con la
condición de la bomba según la carta de campo. De esta manera se concluye la validación del
programa computarizado.
Fortalezas y Debilidades del Programa Computarizado
Fortalezas:
• El programa computarizado toma en cuenta la caída de presión en la completación
sugeridas por Jones, Blount y Glaze tanto para cañoneo convencional como para
empaque con grava, lo que permite realizar sensibilidades variando los parámetros del
cañoneo.
• Permite visualizar el efecto sobre la capacidad de producción del pozo a distintas
eficiencias de flujo o daño de formación.
• Toma en cuenta los factores de forma del área de drenaje sugeridos por Mathews y
Russel para el estudio de Darcy.
• Toma en cuenta el cálculo de las propiedades PVT a condiciones dinámicas de presión
y temperatura a lo largo del sistema.
• Para la construcción de la curva de demanda toma en cuenta la variación de P y T en
las propiedades PVT.
• Permite realizar los cálculos para el diseño del sistema de levantamiento por bombeo
mecánico tomando en cuenta el método sugerido por el Instituto Americano del Petróleo
(API) en su especificación API RP 11RL.
• Permite calcular la sumergencia de la bomba a través del cálculo de nivel de fluido, la
fracción de gas a la entrada de la bomba, el diámetro de pistón requerido y los HP del
motor de la unidad de bombeo, para realizar un diagnostico eficaz y eficiente.
• Se presenta dos modalidades para el análisis con cartas dinagráficas, que son el
método analítico y el método gráfico.
Debilidades:
• El programa computarizado depende la data introducida, esta debe ser confiable y
consistente, para garantizar un resultado óptimo de la simulación.
• El análisis nodal no toma en cuenta la variación de la embolada o los ciclos por minuto,
la longitud de la carrera y el diámetro de pistón de la bomba, entonces no es posible
realizar sensibilidades variando estos parámetros.
• El rango de las correlaciones de flujo multifásico vertical en tubería no es muy amplio,
entonces no se tienen muchas opciones en la elaboración de la curva de demanda.
CAPÍTULO V
PROPUESTA DE LA INVESTIGACIÓN
Manual del Usuario del Programa Computarizado
D-BM 1.0.0 [Diagnóstico de Bombeo Mecánico] es un programa computarizado
desarrollado en Visual Basic 6.0.0, el cuál, evalúa el funcionamiento del sistema de
levantamiento por bombeo mecánico en pozos productores de petróleo.
Figura 192. Pantalla [Splash] [26]
.
La pantalla [Splash], es la pantalla de inicio del programa, en el se observa el logo, las
siglas y la versión del mismo.
Figura 193. Pantalla [Principal] [26]
.
La pantalla [Principal], es la encargada de contener todas las pantallas con la que el
usuario interactuara cuando este efectuando el análisis de los pozos de petróleo. A continuación
se detallarán las herramientas que contiene la pantalla principal.
Figura 194. Pantalla Principal. Barra de Menú [26]
.
Las barras de menú, son barras de comando, las cuales invocan procedimientos y/o
pantallas que despliegan información ó generan un cálculo en particular.
Figura 195. Pantalla Principal. Barra de Menú [Archivo]. Submenú [Nuevo Proyecto]
[26].
Figura 196. Pantalla Principal. Barra de Menú [Archivo]. Submenú [Abrir Proyecto] [26]
.
Figura 197. Pantalla Principal. Barra de Menú [Archivo]. Submenú [Salir] [26]
.
Figura 198. Pantalla Principal. Barra de Menú [Ejecutar].
Submenú [Análisis de Cartas Dinagráficas] [26]
.
Figura 199. Pantalla Principal. Barra de Menú [Ayuda]. Submenú [manual del Usuario] [26]
.
Figura 200. Pantalla Principal. Barra de Menú [Ayuda]. Submenú [A Cerca de] [26]
.
Por otra parte la pantalla principal esta compuesta por otra herramienta denominada
historial de procesamiento, el cual refleja todo el cálculo recursivo de variables efectuado en un
procedimiento.
Figura 201. Pantalla Principal. Historial de Procesamiento [26]
.
A continuación se describen las pantallas que soportan el programa de DB-M 1.0.0,
aquellas en donde se realiza toda la tarea de cálculo y de procesamiento de la información
suministrada.
Figura 202. Pantalla [Datos Generales] [26]
.
En esta pantalla se suministran los datos necesarios para guardar los cálculos
efectuados en la simulación. Esto se hace por medio del área de datos y el área de guarda de
proyecto, que es donde se especifica y se crea la carpeta contentiva de los registros de
simulación.
Figura 203. Pantalla [datos Generales]. Partes operativas de la pantalla [26]
.
Figura 204. Cuadro de dialogo [Guardar Archivos de Simulación] [26]
.
En el cuadro de dialogo [Guardar Archivos de Simulación], se especifica en que lugar se
creara la carpeta contentiva de estos datos.
Figura 205. Cuadro de diálogo [Abrir] [26]
.
En el cuadro de dialogo mostrado se invoca por medio del Menú [Archivo], Submenú
[Abrir Proyecto], este le pedirá que localice el archivo contentivo de toda la información
necesaria para desarrollar una simulación. Estos archivos son de extensión DBoMec.
Figura 206. Pantalla [Diagnostico]
[26].
En esta pantalla se desarrollará todo el cálculo pertinente al diagnostico. Este esta
compuesto por el módulo de [Afluencia], [Flujo Multifásico], [Diseño], [Diagnóstico]
Cada uno de estos módulos es de vital importancia para llevar a cabo el cálculo
pertinente al diagnóstico de pozos con sistema de levantamiento artificial por bombeo
mecánico.
Figura 207. Pantalla [Diagnóstico]. Área de Datos en el Módulo [Afluencia]
[26].
Figura 208. Pantalla [Diagnóstico]. Escogencia Acción a ejecutar Módulo [Afluencia] [26]
.
Figura 209. Pantalla [Diagnóstico]. Escogencia tipo de cañón de perforación [26]
.
Figura 210. Pantalla [Diagnóstico]. Escogencia tipo de Balance del cañoneo [26]
.
Figura 211. Pantalla [Diagnóstico]. Escogencia tipo de Modelo de Afluencia [26]
.
Figura 212. Pantalla [Diagnóstico]. Área de Datos. Módulo [Flujo Multifásico] [26]
.
Figura 213. Pantalla [Diagnóstico]. Área de Datos. [Propiedades Físicas del Gas]. [26]
.
Figura 214. Pantalla [Diagnóstico]. Área de Datos. [Propiedades Físicas del Petróleo] [26]
.
Figura 215. Pantalla [Diagnóstico]. Área de Datos. [Propiedades Físicas del Agua] [26]
.
Figura 216. Pantalla [Diagnóstico]. Área de Datos. Módulo [Correlaciones de Flujo Multifásico] [26]
.
Figura 217. Pantalla [Diagnóstico]. Parámetros de Flujo Vertical. Módulo [Correlaciones de Flujo
Multifásico] [26]
.
Figura 218. Pantalla [Diagnóstico]. Área de Datos. Módulo [Diseño] [26]
.
Figura 219. Pantalla [Diagnóstico]. Área de Datos. Módulo [Diagnóstico] [26]
.
Cuadro de diálogo [Diseño], aquí se introduce el valor de un diámetro de pistón de
carácter comercial, esto se necesita para proseguir con el procedimiento de diseño.
Figura 220. Cuadro de dialogo [Diseño]
[26].
La pantalla [Datos de Bombas y Cabillas], el usuario escoge la configuración mas
adecuada según diseño desarrollado.
Figura 221. Pantalla [Datos de Bombas y Cabillas]
[26].
Los botones de acción que tiene la pantalla [Datos de Bombas y Cabillas] se llaman
Seleccionar. Ahí una vez seleccionado la configuración, estos botones procesaran dicha
selección.
Figura 222. Pantalla [Datos de Bombas y Cabillas].Botones de acción “Seleccionar”
[26].
Pantalla [Tamaño de Tubería]. Aquí se escoge el tipo de bomba en función del tamaño
de la tubería de producción.
Figura 223. Pantalla [Tamaño de Tubería] [26]
.
La pantalla de [Resultados], esta dividida en resultados gráficos y en resultados
numéricos. La pantalla de resultados gráficos generará las representaciones correspondientes a
procesos calculados.
Figura 224. Pantalla [Resultados]. Gráficos.
[26].
La pantalla de resultados numéricos, representa los cálculos efectuados en los procesos
involucrados. Dichos resultados se pueden guardar en un archivo de extensión “RTF”. El cual
es compatible con cualquier versión de Microsoft Office.
Figura 225. Pantalla [Resultados]. Resultados Numéricos
[26].
Pantalla [Comparador de Cartas Dinagráficas], en el se hace la comparación gráfica y/o
numérica de las cartas dinagráficas patrón vs. Las cartas dinagráficas de campo.
Figura 226. Pantalla [Comparador de Cartas Dinagráficas]
[26].
Figura 227. Pantalla [Comparador de Cartas Dinagráficas].Área de Datos
[26].
En el menú [Importar Datos], se abre el archivo de datos de la carta dinagráfica de
campo el cuál queremos analizar.
Figura 228. Cuadro de dialogo [Abrir]
[26].
Figura 229. Pantalla [Comparador de Cartas Dinagráficas].Curvas Patrón de carta dinagráfica
[26].
Figura 230. Pantalla [Comparador de Cartas Dinagráficas].Curvas Patrón de carta dinagráfica
[26].
Para generar una comparación gráfica, se debe de ingresar la curva a escanear a través
del cuadro de diálogo [Abrir].
Figura 231. Cuadro de diálogo [Abrir]
[26].
CONCLUSIONES
Los problemas fueron abordados de manera ordenada, clasificando cada uno en los
diferentes ambientes manejados en un pozo petrolífero como son: Superficie, Pozo y
Yacimiento-Hoyo.
Para el desarrollo de la propuesta y/o metodología generada, se ordenaron de manera
modular los distintos ambientes anteriormente mencionados y se identificaron los
problemas de una forma más efectiva, lo que permitió generar la propuesta final la cual
fue llevada a un diagrama de flujo y fue aplicada a través de su conversión a un
lenguaje de programación (Visual Basic).
Por medio del estudio que se realizó de los problemas causantes de la baja tasa de
producción en pozos completados con bombeo mecánico, se desarrollo el programa D-
BM 1.0.0 (Diagnostico de Bombeo Mecánico), el cual es una herramienta importante
para el ingeniero a la hora de diagnosticar los problemas que afectan la producción en
pozos con bombeo mecánico.
Uno de los puntos importantes que se pueden destacar después de desarrollar este
programa son:
El programa está diseñado para ahorrar tiempo puesto que se pueden realizar
simulaciones sin la necesidad de tener a mano un PVT, ya que el mismo puede generar
un PVT sintético por medio de las correlaciones comúnmente utilizadas en el mercado.
El software está diseñado para arrojar los posibles problemas en los pozos completados
con bombeo mecánico dependiendo de la información suministrada, así como la
disponibilidad de cartas dinagráficas de fondo.
El programa permite obtener una respuesta rápida acerca de los problemas comunes en
bombeo mecánico, así como realizar el diseño del equipo a utilizar siempre que se
cuente con la información necesaria para la selección adecuada de los componentes del
sistema.
A través de la utilización del programa computarizado D.B.M 1.0.0 realizado en esta
investigación, los usuarios de la Universidad del Zulia y la Industria Petrolera tendrán
una herramienta, que ayude a realizar los cálculos para el diseño y diagnostico en pozos
que producen por Bombeo Mecánico como Método de Levantamiento Artificial,
optimizando así el tiempo de respuesta.
RECOMENDACIONES
En función de los resultados obtenidos en esta investigación y los diversos factores que
intervienen en la misma, se plantean las siguientes recomendaciones:
Utilizar el programa DBM-1.0.0 para el diseño y diagnostico en pozos que producen por
bombeo mecánico convencional a fin de visualizar posibles ampliaciones de aplicación
en el diagnostico de los pozos en condiciones reales para ir fortaleciendo aun más dicho
programa.
Garantizar la aplicación y seguimiento de los procedimientos recomendados por este
estudio para el manejo de la instalación y reinstalación del equipo de bombeo mecánico,
así como los métodos recomendados para la corrección de las fallas presentes en los
sistemas de bombeo mecánico, para preservar la integridad de dichos sistemas y evitar
acciones inadecuadas que generen nuevas fallas.
Proponer la realización de una investigación que permita enlazar esta metodología así
como su aplicación en software, con un simulador mucho más complejo que pueda
realizar diagnósticos de otros sistemas de levantamiento artificial.
Incentivar más investigaciones en el área de metodologías y su aplicación en software,
ya que estos facilitan en gran medida el trabajo del ingeniero de campo, y lo que es más
importante, estas herramientas reducen los tiempos de análisis, generando así
respuestas rápidas a cualquier problema que se encuentre en pozos petroleros.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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