La influencia de gas en la bomba en el ciclo de bombeo

1.0 CONCEPTOS FUNDAMENTALES

1.1 COMPORTAMIENTO DE UN POZO

Las características de producción de un pozo son mostradas por su Relación de Comportamiento del Influjo (IPR), que representa la habilidad de un pozo para aportar fluidos. Esta habilidad depende en gran parte del tipo de yacimiento y su mecanismo de empuje, además de variables como la presión de yacimiento, la permeabilidad, el espesor de yacimiento, entre otras. El IPR es una gráfica de la Presión de Fondo Fluyendo (Pwf) vs. la Tasa de Producción de líquido (Ql). Una curva típica se muestra en la figura 1.

Figura 1. Comportamiento de un pozo mostrando una curva típica IPR

Manual de NABLA Corporation

El inverso de la pendiente de una curva IPR es el índice de productividad (IP) de un pozo a cualquier presión y tasa de producción. Esto se define como:

Para un empuje de agua muy activo en que la presión permanece por encima del punto de burbuja, el índice de productividad permanece constante, y para empuje de gas en solución en que la presión de flujo está por debajo del punto de burbuja, el índice de productividad cambia rápidamente. Cuando se construye la curva de influjo en cualquier momento de la vida de yacimiento, la relación Presión de Fondo Fluyendo vs. Tasa de Producción probablemente será una línea recta para yacimientos con empuje de agua y una curva para yacimientos con empuje de gas en solución.

El índice de productividad es definido matemáticamente como los barriles de producción total por la caída de presión en psi:

Índice de productividad

Donde:

: Índice de productividad (bpd/psi)

: Producción de aceite (bopd)

: Producción de agua (bwpd)

: Presión de yacimiento (psi)

: Presión de fondo fluyente (psi)

1.2 PREDICCIÓN DEL IPR

La predicción del IPR es bastante complicada, debido a que la curva de desempeño del influjo y el índice de productividad pueden variar con la acumulación de la producción y el tipo de yacimiento.

Para conocer la forma de la curva de la presión de fondo fluyendo contra la producción en una etapa particular de extracción, y para saber la manera en que decrece el IPR a medida que continúa la producción se han planteado una serie de métodos que sugieren posibles soluciones a éstos problemas. Uno de ellos lo plantea Vogel, en éste se desarrolla la curva de referencia basado en la siguiente ecuación de flujo:

Desempeño de influjo de Vogel

Q : Producción de líquido medida en BPD

Q máximo : Potencial de producción máxima en BPD

: Presión de fondo fluyente (psi)

: Presión de yacimiento (psi)

La Curva IPR de Vogel. En la figura 2 se muestra una curva aplicada a pozos con presión por encima del punto de burbuja, la forma curvada del comportamiento de influjo es debido a la liberación de gas que se encontraba en solución con el petróleo, producto de la disminución de presión en la vecindad del pozo. Este efecto genera un incremento en la saturación de Gas en la formación, que produce gran resistencia al flujo de petróleo.

Figura 2. Curva de Vogel

“High Rate Artificial Lift”. H. Winkler.

1.3 GENERALIDADES DEL BOMBEO MECÁNICO

La función de bombeo mecánico es transmitir fuerza a la bomba de subsuelo con el fin de extraer fluidos del yacimiento a superficie. Para ésto convierte el movimiento rotacional del motor en un movimiento ascendente y descendente.

Figura 3. Sistema de bombeo mecánico

Tetha Enterprises.

Existen varios tipos de unidades de Bombeo mecánico que se diferencian de acuerdo a su geometría:

a. Unidad tipo Convencional.

b. Unidad tipo Mark II.

c. Unidad tipo Balanceada por Aire.

En la figura 3. Se muestra un sistema de bombeo mecánico conformado por un equipo en superficie y uno en subsuelo. El equipo de superficie incluye el Motor Eléctrico o a Gas, la Unidad de Bombeo, una Barra Lisa, una Caja Prensa Estopas, Cabezal de Pozo y las Líneas de Flujo. El equipo de subsuelo incluye el Revestimiento, Tubería de Producción, la Sarta de Varillas y la Bomba de Subsuelo, además de diferentes accesorios.

Aunque existe bastante información acerca del sistema de levantamiento artificial por bombeo mecánico, que se puede consultar de acuerdo a las referencias bibliográficas, este trabajo se enfoca básicamente en describir el comportamiento del sistema de bombeo mecánico, encontrando las diferentes condiciones a las que se pueden obtener óptimas tasas de bombeo.

Las condiciones que tienen un impacto más significativo en la tasa de producción son los parámetros de diseño del sistema de bombeo usado (una combinación de Tamaño del Pistón de la Bomba, Longitud del Recorrido de la Barra Lisa, Velocidad de Bombeo, y Diseño de la Sarta de Varillas), Profundidad de Asentamiento de la Bomba, Rotación de la Unidad y la Potencia del Motor.

1.4 CABEZAL DE BOMBEO

El arreglo en cabeza de un sistema típico de Bombeo Mecánico se muestra en la figura 3. La Barra Lisa en la parte más alta de la sarta de varillas, se mueve hacia arriba y hacia abajo con el movimiento reciprocante del Balancín o vástago viajero, transmitido a las varillas por “Wireline Hanger” o Cable de Soporte. La barra lisa se mueve dentro de la cabeza de la tubería de producción, instalada sobre el tope de la T de bombeo, que lleva los fluidos producidos desde la bomba hasta la línea de flujo. Usualmente, la línea de flujo y la línea de venteo del revestimiento están conectadas con una corta sección de tubería, permitiendo que el gas se separe en el anular revestimiento – tubería de producción para ser conducido a la línea de flujo. Una Válvula Cheque es instalada sobre esta línea para prevenir que los fluidos producidos, fluyan de regreso dentro del pozo. Sobre la T de bombeo, se instala un Prensaestopas para darle un sello hidráulico y los fluidos no se escapen a la atmósfera.

La barra lisa, es una varilla de acero sólido, disponible en varios tamaños, longitudes y equipadas con conexiones de varillas en ambas puntas. Ya que maneja una gran carga debido al ciclo de bombeo, la barra lisa es más resistente que cualquier varilla en la sarta. Además de transmitir el movimiento reciprocante a las varillas, otra de las funciones de la barra lisa es dar sello para

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