ANLISIS Y DISEO DEL BOMBEO ELECTRO CENTRIFUGO (ESP)

INTRODUCCIN

Las bombas centrfugas accionadas por motores de fondo de pozo se han utilizado durante dcadas para levantar los fluidos de pozos de petrleo. Estas bombas y sus motores acoplados se conocen comnmente como "elctrico sumergible Bombas" o "ESP". En los ltimos aos, el significado del trmino "ESP" se ha convertido nublada con la aplicacin de motores elctricos de fondo de pozo acoplados a bombas de cavidad progresiva. Sin embargo, la industria todava se refiere al equipo ms convencional de bombeo centrfugo usar el trmino "ESP".

Este documento resume algunas de las consideraciones clsicas para el anlisis, diseo y monitoreo de bombas centrfugas de fondo de pozo. El trmino "ESP" siempre se utiliza como una abreviatura de "bomba centrfuga de fondo de pozo impulsado por un motor elctrico acoplado".

La experiencia ha demostrado que el diseo y aplicacin correcta de los equipos ESP se apoya en tres pilares:

Entender la productividad del pozo. Comprender las relaciones fluidas y comportamiento de las fases de los fluidos producidos por los pozos. El anlisis cuidadoso de actividad en cada etapa de la bomba instalada real.

La falta de modelar con precisin el comportamiento de desempeo de influjo del pozo se traducir inevitablemente en el sobredimensionamiento o bajo-dimensionamiento de la bomba. En ausencia de un variador de frecuencia para ajustar la salida de la bomba, esto puede ser desastroso. Una bomba de gran tamao se "bombeando el pozo en seco ". Tpicamente, una condicin bombeo en seco dar lugar a una parada "baja carga actual" del motor. El pozo se mantendr "abajo" durante un periodo de tiempo predeterminado y luego puesta en marcha de nuevo. Este comportamiento se conoce comnmente como "ciclos". Desde comienzos crean grandes tensiones en motores y bombas, en ciclos a menudo conducen al fracaso prematuro de los equipos.

Inversamente, una bomba de tamao insuficiente no podr alcanzar una produccin ptima. Una vez que esto se detecta, el equipo puede tener que ser reemplazado. Independientemente de si el equipo se sustituye, una bomba al necesario reducir significativamente la tasa de retorno del pozo (ROR).

Los tipos de lquidos que se bombean, y la respuesta de los fluidos a los cambios en la temperatura y la presin de tener un tremendo impacto en el rendimiento de la bomba. Diseo y seguimiento adecuado requiere una descripcin precisa de la presin-volumen-temperatura y comportamiento de la fase de fluidos producidos.

Finalmente, la bomba debe ser considerado como una serie de etapas individuales (o bombas individuales). En muchos casos, cada etapa de la bomba comprime los fluidos producidos y pasa a un volumen diferente (aunque la misma masa) de fluido a la siguiente etapa superior. Esto da lugar a diferentes cabeza, rotura caballos de fuerza, y las clasificaciones de eficiencia para cada etapa de la bomba.

adems, es fundamental para analizar el rendimiento de la bomba sobre la base de una "buena conocida" condicin. La experiencia ha demostrado que cada bomba serializado demuestra los datos de rendimiento nicas. Por lo tanto, una prueba de la bomba de la fbrica debe obtenerse antes de la bomba se instala en un pozo. Los datos de este ensayo se pueden utilizar durante la vida til de equipos para anlisis de rendimiento exacto.

su discusin se limita a aplicaciones convencionales de bombas centrfugas - excluyendo especficamente:

Las bombas instaladas por debajo de la formacin productora. separacin de gas de fondo de pozo. Consideraciones de unidad de frecuencia variable.

Se hace un enfoque en la propia bomba. El motor de fondo se trata slo de pasada. Tambin se asume el funcionamiento en estado estacionario (sin ciclo bomba).

LOS FUNDAMENTOS

En esta seccin se describen las frmulas que son la base para el clculo de las suit csSubmersible.

Cuando se emplea cualquier mtodo de bombeo, se consigue levantamiento artificial ptima slo cuando la bomba est estrechamente adaptado a la capacidad del bien para producir fluidos. Esto es especialmente cierto con el bombeo centrfugo. Antes de que el proceso de diseo de la bomba puede incluso comenzar, un modelo exacto del desempeo de influjo del pozo debe ser desarrollado.

CUNTO HAR?

La Figura 1 es una representacin aproximada de la forma en que un formacin productora podra responder a la presin del pozo.

Cuando la relacin entre el caudal y la presin se puede describir como una lnea recta en una parcela cartesiano, usamos el trmino "ndice de productividad" (PI) para describir la pendiente de la lnea. Si conocemos la PI de un pozo, podemos predecir cmo el caudal va a cambiar en respuesta a un cambio en la presin de fondo:

Aunque la tasa de flujo es realmente una funcin de la presin (presin es la variable independiente, y como tal, debe ser trazada en el eje "X"), los datos de la Figura 1 se representan grficamente por lo general con la presin como el eje vertical y con la velocidad de flujo expresado en volmenes de superficie equivalentes. La Figura 2 proporciona un ejemplo de este formato.

El concepto de ndice de productividad es simple de usar. Por supuesto, para definir una lnea, slo necesita dos puntos. Desde la lnea de PI siempre pasa por el punto (tasa = 0, la presin = presin esttica del yacimiento), un punto de prueba solo estabilizado bien (caudal superficial medida, observ presin de fondo) proporciona todos los datos adicionales necesarios para definir PI de un pozo. Las presiones de fondo usados en este clculo se pueden derivar utilizando presiones de revestimiento de superficie y los niveles de fluidos observados.

PI = (caudal medido) / (presin esttica del yacimiento - bombeo de presin de fondo)

Tenga en cuenta que el PI se expresa generalmente como un nmero positivo.

Aunque el concepto PI es simple y potente, no es universalmente aplicable. Efectos de flujo, tales como la presencia de gas libre en el espacio poroso depsitados causan muchos pozos que presentan un perfil de presiones sobre el tipo que es no lineal. La Figura 3 es un ejemplo de otro modelo de respuesta de presin propuesto por Vogel. El modelo de Vogel se deriva de un modelo informtico, pero se ha demostrado ser til para pozos productores cantidades significativas de gas.

Relacin rendimiento entrada de Vogel - como la relacin PI - se puede derivar de la presin esttica del yacimiento y un nico ensayo del pozo estabilizado.

Otros autores han publicado adaptaciones a la relacin de Vogel, que representan el punto de burbuja del petrleo y los cambios en la eficiencia del flujo (factor de dao y de estimulacin). Uno de los modelos ms populares es un hbrido de las relaciones Vogel y PI utilizadas para los aceites bajo-saturadas - donde la presin del yacimiento est por encima del punto de burbuja del petrleo. Estos modelos tienen aplicabilidad en diferentes condiciones de yacimiento.

La suite csSumergible ofrece al usuario la posibilidad de elegir diferentes modelos para el clculo de las relaciones de comportamiento de influjo. El usuario puede elegir PI, Vogel, o un hbrido de un men desplegable.

El concepto PI se considera generalmente que es aplicable para pozos productores de altos volmenes de agua y muy poco gas. Si se espera que importantes volmenes de gas, o si se prev una gran reduccin, uno de los derivados Vogel probablemente sera ms apropiado. Sin embargo, es prudente poner a prueba el sujeto as a mltiples velocidades y trazar su propia curva de desempeo de influjo. Esta prctica ayuda en la puesta a punto y la validacin de la relacin de rendimiento de flujo de entrada, que ser utilizado en el diseo de elevacin artificial.

La disciplina de pruebas de pozos pre-diseo se pasa por alto comnmente en las operaciones en tierra. Esto es probablemente debido al predominio de bombeo de varillas de bombeo en campos terrestres. Bombeo mecnico proporciona una gran flexibilidad para el ajuste de los equipos de superficie para optimizar la eficiencia de bombeo. Sin embargo, las bombas electro centrfugas no ofrecen esos lujos. A menos que se incluye un controlador de frecuencia variable, muy poco acerca de una instalacin ESP se puede "sintonizar" despus de la puesta. Recuerde que un error de juicio sobre la capacidad del pozo fluya podra resultar en una falla prematura del equipo, y costosos cambios en el equipo. El esfuerzo invertido en pruebas de pozos pre-diseo puede cosechar un importante ahorro durante la vida til del pozo.

CUANTO SE TARDARA?

La discusin anterior sobre el desempeo de entrada se ocup por completo con el flujo de la formacin productora en el pozo. Para que el fluido para llegar al mercado y generar ingresos para su empresa, sino que tambin debe fluir hasta el conducto de la produccin (por lo general el tubo) a la superficie.

Sencillamente, el fluido fluir hasta la tubera slo si la presin en la tubera de admisin (parte inferior de la tubera) es mayor que el "peso" hidrosttica del fluido, ms las prdidas de presin por friccin en la tubera, adems de la descarga de la tubera "contrapresin ". Si la geometra de la tubera, las temperaturas, las propiedades del fluido, y la presin de descarga de la tubera se conocen, un modelo de flujo de mltiples fases se puede utilizar para predecir la presin requerida en la entrada de tubo para empujar el fluido a la superficie.

Si se calcula la presin de admisin tubera requerida para un conjunto de circunstancias en un rango de tasas de flujo de superficie, una grfica similar a la Figura 4 puede ser construida.

FLUIR?

Anteriormente, nos trazan una curva que describe la cantidad de lquido de la formacin puede producir a diferentes presiones de fondo de pozo. Adems, ahora tenemos una parcela de cunta presin se requiere para empujar el fluido a la superficie a diferentes velocidades. lugares csSubsDesign tanto de estas curvas en la misma parcela (Figuras 5 y 6). Eso crea una herramienta muy poderosa para el anlisis de la dinmica del pozo. Tenga en cuenta, en la fabricacin de la transicin de las figuras 3 y 4 a las figuras 5 y 6, todas las presiones tuvieron que ser corregida a cierta profundidad comn.

En la Figura 5, las curvas de rendimiento de admisin de flujo de entrada y el tubo se intersecan. Este punto de interseccin (tasa de flujo de la superficie, la presin del fondo del pozo) es el punto en el que el pozo debe fluir en realidad en condiciones estabilizadas. En la Figura 6, sin embargo, las curvas no se intersecan. Este pozo no fluira en todo caso. Una bomba debe complementar la energa supplied por el depsito con el fin de producir el lquido en la superficie. La cantidad precisa de energa necesaria est representada por la separacin vertical entre las dos curvas

CUNTO SE TIENE QUE AGREGAR?

Mediante la medicin de la diferencia entre la curva de presin de admisin requisito de tubo y la curva de rendimiento de flujo de entrada del pozo, se obtiene una curva que representa el incremento de presin necesaria a travs de la bomba como una funcin de la velocidad. La figura 7 muestra esta curva para las dos pozos en las Figuras 5 y 6. Obsrvese que la curva para el pozo 1 se vuelve negativo en tasas bajas - que refleja que el pozo fluya sin bombear a esas tasas. Si se desea producir el bien a tasas ms altas, la curva sigue siendo til para la identificacin de la energa requerida de la bomba que logra la tasa objetivo.

VAMOS A IR DE COMPRAS!

csSubsDesign proporciona la curva en la figura 7 que proporciona la informacin necesaria para la seleccin de la bomba precisa. Si una tasa objetivo es el factor determinante en la seleccin de la bomba, entonces la figura 7 se puede utilizar para obtener el aumento de la presin de la bomba necesaria para producir esa tasa. Si el objetivo es optimizar en algn otro parmetro (eficiencia, el costo por barril levant, etc.), la Figura 7 se puede utilizar para identificar las bombas que har que el pozo produzca, y los diferentes casos de la bomba puede ser priorizado por el parmetro de optimizacin .

Tenga en cuenta que la discusin de este punto es independiente de la tcnica de bombeo utilizado. La curva de la Figura 7 podra ser utilizado como la base para el diseo de la bomba de varilla, diseo de la bomba de cavidad progresiva, o diseo de la bomba centrfuga. Esto no sera cierto para la elevacin de gas, debido a la elevacin de gas no es un mtodo de bombeo.

BIENVENIDO A LA TIENDA DE BOMBAS CENTRFUGAS.

Si la opcin de un ESP es para ser considerado para un pozo en particular, el diseador debe comparar la curva "as los requisitos" (similar a la Figura 7) con las caractersticas de rendimiento de diferentes bombas. Estas caractersticas de rendimiento se comunican normalmente en forma de "curvas de la bomba" (Figura 8). En csSubsDesign, un solo grfico contendr las curvas de carga dinmica, los requisitos de potencia en el eje, y la eficiencia. Las curvas se basan tpicamente en agua dulce y una viscosidad de fluido de 1 cp. El eje horizontal representa la velocidad real a travs de la bomba. Head, potencia al freno, y eficiencia suelen estar representados por ms de una etapa de la bomba.

Es una buena prctica para operar la bomba cerca de este punto de alta eficiencia (conocido como el mejor punto de eficiente o "MPA"). Por lo tanto, uno de los principales criterios de seleccin de la bomba (junto con el tamao fsico) es anunciado BEP de la bomba. Una vez que un tipo de bomba ha sido seleccionado, el nmero de etapas en la bomba se calcula basado en el requisito de "cabeza" curva y la presin de la bomba derivada de la curva "as los requisitos".

CABEZA VS PRESIN

En nuestra discusin anterior de la dinmica del pozo, formulamos todas las relaciones en trminos de presin (psi). Esto es apropiado porque las formaciones productoras responden a los cambios de presin y los modelos de prdida de energa tubera normalmente trabajar con presiones.

La fsica implicada en el bombeo centrfuga hace que la bomba para producir energa de un fluido, que est relacionada con la densidad del fluido bombeado (comnmente conocido como "cabeza"). Para una bomba dada a una velocidad de rotacin especfica, la salida de la bomba (en pies de cabeza) ser constante, independientemente del fluido que se bombea. Sin embargo, la salida de presin (en psi) y la potencia en el eje necesario para accionar la bomba (caballos de fuerza de frenado) cambiar en proporcin directa a la densidad del fluido que est siendo bombeado.

Desde coincide con una bomba a un pozo de produccin requiere de un conjunto comn de unidades de medida (ya sea los pies de cabeza o psi de presin), vamos a tener ya sea para convertir el pozo curva requisitos de presin a la cabeza o convertir curva de la bomba del fabricante a la presin. La siguiente discusin se revelar que esto no siempre es un asunto sencillo.

FLUIDO DINMICO DENTRO DE LA BOMBA

Diseo y anlisis de instalaciones de bombas centrfugas requiere un profundo conocimiento de los fluidos que se mueven a travs de la bomba. En algunos casos, tales como pozos de alto corte de agua con baja produccin de gas, esta dinmica puede ser pasar por alto con efectos secundarios insignificantes. En muchos casos; sin embargo, el fluido que sale de la descarga de la bomba puede ser drsticamente diferente de la del fluido que entr en la entrada de la bomba. En estos casos, csSubs Suite proporciona un anlisis detallado para que el gran cuidado se puede tomar para asegurarse de que se selecciona la bomba adecuada.

PRESIN, VOLUMEN, TEMPERATURA

Es conocido el pozo que las propiedades fsicas (densidad, solubilidad del gas, viscosidad, compresibilidad) de fluidos de yacimientos de petrleo cambian con los cambios de temperatura y presin. Este comportamiento se denomina comnmente como el comportamiento presin-volumen y temperatura (PVT) del fluido.

en la parte inferior del pozo, por lo general hay alguna mezcla de petrleo y gas libre y agua. Algunos de separacin entre las fases se produce en un pozo normal, pero, inevitablemente, una mezcla de aceite, agua y gas entra en la entrada de la bomba. Como esta mezcla de los fluidos se somete a trabajar por la bomba, es que aumenta la presin. Este aumento de presin hace que la fase de aceite para reducir el tamao. Tambin hace que la fase gas libre para reducir el tamao de forma espectacular. Adems, el gas es empujado hacia atrs en la fase lquida - el cambio de viscosidad, compresin, y la densidad del aceite.

Si el pozo est produciendo desde un campo de inyeccin de CO2, siendo otros cambios tienen lugar. CO2 es altamente soluble tanto en agua y aceite. As que, como la bomba trabaja en la mezcla de fluido, gas CO2 ser absorbido en el agua - el cambio de las propiedades del agua junto con los de aceite.

Afortunadamente, los fenmenos mencionados anteriormente son repetibles para un conjunto dado del reservorio de aceite, agua y gas. Esto nos permite modelar el comportamiento PVT de fluidos. Para un sistema de fluido del reservorio dado, si tenemos una presin y una temperatura, podemos estimar la densidad, viscosidad, solubilidad, y la compresibilidad usando uno de los siguientes tipos de modelos:

Ecuacin de encargo del Estado:

Este es un modelo matemtico basado en la composicin molecular de los fluidos del yacimiento. Ecuaciones personalizados de Estado son muy caros y no estn comnmente disponibles para los equipos de produccin con fines de diseo.

Anlisis de laboratorio PVT:

A veces, se obtiene una muestra de fondo de pozo de los fluidos del yacimiento para el anlisis. En un laboratorio, los fluidos se someten a cambios de presin, por lo general mientras que la temperatura se mantiene a la temperatura del yacimiento. Este procedimiento proporciona una presentacin tabular de las propiedades del fluido medidos a diferentes presiones. Tpicamente algn otro mtodo tiene que ser utilizado para ajustar estos datos para variaciones en la temperatura.

Correlaciones publicadas:

Esta es la tcnica ms utilizada, por lo general debido a que las otras dos tcnicas no estn disponibles. Consiste en utilizar ecuaciones matemticas resultantes de "encaja curva" de un nmero de muestras de campo PVT.

sSubsDesign proporciona al usuario la capacidad de utilizar cualquiera de los tres modelos. Independientemente del modelo utilizado, se debe considerar la presencia de CO2 inyectado. La no inclusin de los efectos del CO2 en el modelado PVT puede resultar en grave desconocimiento del comportamiento PVT de fluidos.

CMO USTED DELETREA LA RELEVACIN?

Tpicamente, el fluido producido por la formacin en el pozo de bombeo en condiciones de fondo de pozo es una mezcla de aceite saturado con gas disuelto; agua saturada con gas disuelto; y el gas libre. En condiciones de funcionamiento estables, esta misma masa total de material es producido por el bien en el equipo de separacin de superficie. Pero, en una instalacin normal, estos fluidos pueden viajar al separador a travs de rutas alternativas:

A travs de la bomba y la tubera. A travs del casing.

Durante un perodo cuando el pozo sujeto est pasando a travs de un separador de prueba, la vlvula del casing puede estar cerrada y la acumulacin de presin en el revestimiento de superficie con el tiempo se puede grabar. Mediante la combinacin de esta tasa de cambio de presin en el tiempo con informacin de composicin de gas, una estimacin razonablemente precisa de la tasa de acumulacin de gas en el casing se puede calcular. Esta tasa de acumulacin es - en efecto - la velocidad a la que el gas libre se produce normalmente a travs del casing. Restando esta cantidad de la velocidad de flujo total de gas en el separador, la cantidad de gas que pasa a travs de la bomba se puede derivar. Recuerde que la mayor parte de este gas se disuelve en el aceite (y tal vez el agua) a las condiciones de fondo de pozo.

AS QUE, CUL ES LA TASA A TRAVS DE LA BOMBA?

Volviendo al proceso de seleccin de la bomba adecuada para una aplicacin particular, la pregunta vuelve a ser "Qu tasa diseamos para?" La respuesta a esa pregunta est en la comprensin de cmo los fluidos producidos a travs de la bomba se comportan a medida que pasan a travs de cada etapa .

En la etapa inferior, aceite saturado, agua, y, posiblemente, un poco de gas libre de entrar en la entrada de la bomba y estn sometidos a una cierta cantidad de trabajo. El trabajo aumenta la presin del fluido y fuerza a una parte del gas libre en el aceite (y agua). Esta misma masa de fluido - ahora ocupa menos volumen - se pasa a la siguiente etapa. El proceso contina con cada etapa sucesiva mayor operativo en un volumen ms pequeo que la etapa de debajo de ella.

En muchas aplicaciones, esta compresin de lquido puede ser muy leve, y la tasa a travs de la etapa superior de la bomba es slo uno o dos barriles por da menos que la velocidad a la etapa inferior. Cuando existe gas libre en las condiciones de admisin de la bomba sin embargo, el cambio en la tasa puede ser dramtico. La etapa final en la bomba podra estar bombeando fluido a dos o tres veces la tasa de la etapa superior.

Desde que las bombas centrfugas no poseen rangos de operacin eficientes de ancho, se debe analizar cada etapa individual de la bomba. Esto permite que el analista de diseador y as entender qu etapas de la bomba estn operando de manera eficiente y que las etapas estn operando fuera del rango de operacin recomendada por el fabricante. Al observar un grfico en csSubsDesign, el usuario puede ver al instante una comparacin entre el rango de funcionamiento real y el rango recomendado por el fabricante.

Si se espera un cambio dramtico en la tasa de lquido a travs de la bomba, un diseo "cnico" puede ser implementada. csSubsDesign proporciona la informacin analtica para cada etapa en la bomba cnico.

UNA CURVA DE LA BOMBA PARA CADA POZO

Mediante la combinacin de nuestro modelo de PVT del fluido y las curvas caractersticas de la bomba del fabricante, csSubsDesign puede aadir condiciones bien de utilizacin previstas y la informacin "corte de agua" para obtener una estimacin de la produccin de energa de la bomba (en cualquiera psi o pies de la cabeza) para un caudal determinado. Realizar estos clculos en un rango de tasas de los resultados en una "curva de la bomba" nico similar a la Figura 9.

Tenga en cuenta que esta figura representa mucho ms que la curva de rendimiento del fabricante ajustado por la densidad media del fluido que pasa a travs de la bomba. Es un modelo muy precisa de cmo la bomba realizara en el tema tambin. Adems, este "una etapa a la vez" curva puede proporcionar una representacin realista del comportamiento de una bomba cnico.

RENDIMIENTO DE LA BOMBA ACTUAL VS EL PUBLICADO

Aunque las bombas centrfugas y petrleo estn hechos de piezas intercambiables, la desagradable verdad es que cada uno tiene una personalidad nica. En los ltimos aos, los operadores de petrleo han aprendido a travs de pruebas de la bomba que cada bomba exhibe su propia curva de rendimiento. A veces, estas curvas de rendimiento probados reales pueden variar a partir de curvas anunciados por el fabricante en un porcentaje significativo. El Instituto Americano del Petrleo (API) ha desarrollado estndares para las pruebas de la bomba individual y la presentacin de informes de resultados de las pruebas. API tambin ha publicado normas para la cantidad mxima de desviacin entre las especificaciones de rendimiento publicados y especificaciones probadas reales. Esta informacin est contenida en el API Prcticas recomendadas 11S2 (RP11S2 API).

Es extremadamente importante para obtener los verdaderos datos de rendimiento de la bomba probadas para cada bomba antes de la instalacin en el pozo. Consulte con el fabricante para obtener informacin sobre el costo de este servicio. Una vez obtenida la informacin, que debe compararse con las especificaciones publicadas utilizando procedimientos de API antes de la bomba se instala en cualquier pozo.

Tenga en cuenta que la presin de descarga y las expectativas de tasas de bombeo de los equipos de fondo de pozo real deben estar basadas en las verdaderas curvas de rendimiento probado en lugar de curvas publicadas del fabricante. Esto normalmente requiere otro "iteracin" a travs del proceso de diseo de la bomba de establecer una estimacin ms realista del punto de equilibrio en el que el equipo funcione.

PONIENDO TODO JUNTO

Para pozo en particular y una combinacin de tubo en, csSubsDesign puede producir un diagrama similar a la Figura 7, para obtener la cantidad de presin que tendra que el sistema de bombeo para proporcionar para hacer que el flujo del pozo, como una funcin de la velocidad. Como se discuti previamente, csSubsDesign puede producir una curva de "bomba" similar a la Figura 9 para una bomba dada con el eje vertical representa como presin. Esta es la presin que se suministra por esta bomba en particular (en las condiciones especificadas as) como una funcin de la velocidad.

csSubsDesign traza tanto de estas curvas en el mismo sistema de coordenadas y se obtiene un grfico similar a la Figura 10. Obsrvese que la interseccin de las dos curvas en este diagrama representa el punto en el cual el bien se espera que produzca en condiciones estables.

Dado que tanto la curva "as los requisitos" y la curva de "bomba" se han derivado rigurosamente usando buenos modelos y parmetros de entrada precisos, este tipo de trama se puede esperar para predecir con precisin el rendimiento de una bomba dada en el sujeto tambin. Por lo tanto, esta tcnica se puede utilizar como una base para el diseo del sistema de bombeo.

Los clculos para la produccin de la Figura 10 para un pozo en particular y una bomba y son bastante riguroso. Sin embargo, csSubs suite de herramientas puede permitir a un diseador para evaluar el rendimiento de la bomba con bastante rapidez. Adems, si estn disponibles en forma electrnica los datos del catlogo de la bomba, un nmero de bombas se puede importar y evaluada para un determinado pozo.

MOTOR Y BOMBA COMO UN SISTEMA

Reglas RPM

Otra caracterstica comnmente pasada por alto de diseo de la bomba centrfuga y el anlisis es la velocidad de rotacin verdadero de la bomba. Tenga en cuenta que las estadsticas de rendimiento de la bomba se publican en revoluciones especficas por minuto (RPM) de valor. Por el Instituto Americano del Petrleo (API) de las normas, este valor debe ser 3500 RPM. Esta es la velocidad de rotacin "nominal" de los motores de tipo sumergible elctrica en 60 Hz operacin actual alterna (AC).

A medida que la rotacin real de la bomba centrfuga se desva de la base RPM publicadas, las cosas comienzan a cambiar rpidamente. Volumen de salida de la bomba es proporcional a la relacin de la RPM real a la base RPM publicada. Jefe de produccin; sin embargo, vara con el cuadrado (a la segunda potencia) de la relacin RPM. Requerimientos de potencia del eje son proporcionales al cubo relacin RPM (a la tercera potencia). Por lo tanto, es deseable para predecir la velocidad de rotacin de la bomba con el fin de obtener una comprensin precisa del comportamiento del sistema de bomba.

El motor elctrico se utiliza para accionar la bomba casi nunca funciona a 3500 RPM. De hecho, cuando el motor es significativamente de gran tamao, puede girar de 5 a 10% ms rpido. Bajo carga normal, sin embargo, el motor slo puede accionar la bomba a 3400 RPM o menos.

Fabricantes ESP publican curvas de rendimiento de los motores, as como bombas. Estas especificaciones de rendimiento se presentan en forma de "RPM en funcin del porcentaje de la placa de identificacin caballos de fuerza de carga". Por lo tanto, csSubsDesign calcula la potencia en el eje requerida para accionar la bomba bajo condiciones de diseo de modo que el usuario puede utilizar las especificaciones de rendimiento del motor para determinar el RPM de operacin que se debe esperar cuando la bomba es instalar

Sin embargo, como se dijo anteriormente, el requisito de potencia en el eje de la bomba es una funcin de - entre otras cosas - RPM. Por lo tanto, se requiere un proceso iterativo para modelar con precisin la bomba y el motor como un sistema acoplado. En primer lugar, los requisitos de potencia en el eje de la bomba se calculan sobre la base de 3500 RPM operacin, luego las RPM del motor se determina en base a esa carga. El nuevo valor de RPM se utiliza para volver a calcular cabeza de la bomba, la velocidad y la eficiencia - as como los requisitos de potencia en el eje. Una vez ms, las especificaciones de rendimiento del motor se utilizan para determinar RPM. El proceso se contina hasta que el RPM calculado converge.

Muchos consideraran el proceso descrito anteriormente como "divisin del cabello". Sobre la base de los datos publicados por los fabricantes, el beneficio mximo que se podra esperar de este ejercicio es una mejora del 3% en el clculo de la velocidad, una mejora del 6% en la estimacin cabeza, y una mejora del 8,5% en la estimacin descanso caballos de fuerza. Sin embargo, un pequeo porcentaje de la eficiencia a travs de la vida de un ESP pueden resultar en ahorros significativos en los costos operativos.

FLUIDOS OTRA VEZ

En las secciones anteriores, discutimos el proceso csSubsDesign utiliza para disear un sistema de bombeo centrfugo. En el uso de Anlisis csSubs para analizar el rendimiento de una instalacin de bomba centrfuga existente, todava otra variable debe ser considerado.

Recordemos que los requisitos de potencia en el eje son proporcionales a la densidad de los fluidos que pasan a travs de la bomba. Por lo tanto, los cambios en el corte de agua, la relacin de gasleo (GOR), o de gas de separacin cambios impactarn generacin cabeza de la bomba, y la velocidad de movimiento de fluidos de manera compleja.

Por ejemplo, cuando, la presin de descarga de la bomba aumenta la densidad de fluido - porque es directamente proporcional a la densidad del fluido - se podra esperar que aumente. Sin embargo, este aumento de la densidad del fluido aumenta los requerimientos de potencia del eje para el motor, y - como consecuencia - reduce el RPM del sistema de bomba-motor en una aplicacin de frecuencia fija. Dado que la bomba se ha desacelerado, la produccin de la cabeza se reducir, y la salida psi resultante de la bomba no puede realmente aumentar.

De hecho, el aumento de la densidad del fluido puede causar presin en la descarga de la bomba a declinar. Y cuando se considera el cambio en el gradiente de la tubera de lquido, es imposible determinar intuitivamente si la presin observada en el tubo de descarga aumentar o disminuir como resultado de este cambio en la densidad del fluido. Sin embargo, csSubsAnalysis puede realizar los clculos rigurosos necesarios para desentraar un misterio. Sin buenas herramientas de anlisis, es difcil de entender estos comportamientos complejos.

DECISIONES , DECISIONES

Entendimiento de eficiencia

La eficiencia bsica de una instalacin de extraccin artificial puede ser vagamente definido como:

Efficiency = Work out/Work in Al tratar de analizar estos sistemas, es importante entender los componentes que contribuyen a esta simple ecuacin.

El "hacer ejercicio" plazo se mide tpicamente como potencia hidrulica (flujo para una tasa dada bajo una cierta presin o cabeza). Esto es a menudo una buena medida del numerador de la ecuacin de la eficiencia. Clculo preciso debe estimaciones razonables de aceite, agua y caudales de gas, presin de descarga de la tubera, y el comportamiento PVT de fluidos. Ntese, sin embargo, que la presin de descarga de la tubera es una funcin de un pozo "contrapresin". Es decir, la presin del separador y la configuracin de la tubera fsica entre el pozo y el separador de influir en l. Por lo tanto, los cambios en los equipos aguas abajo de la boca del pozo impactarn presin de descarga de la tubera, y provocar un cambio en el "hacer ejercicio" plazo. Esto significa que la modificacin de los equipos aguas abajo puede resultar en un cambio aparente en "bien" eficiencia cuando el "hacer ejercicio" trmino se deriva como se describi anteriormente.El "work in" trmino a menudo trivializada para incluir slo la energa comprada utilizado para conducir el equipo mecnico. Para una aplicacin de bomba centrfuga sumergible elctrica, este trmino sera los kilovatios-hora de electricidad comprada.

De hecho, hay dos fuentes de energa que se combinan para conducir el fluido fuera de la descarga de la tubera. La fuente obvia de energa es la del equipo de levantamiento artificial. Una fuente menudo se pasa por alto de la energa es la propia formacin productora. Si se tiene en cuenta la energa de formacin, tendrn como resultado medidas de eficiencia errneas. Ms importante an, si la contribucin de la formacin productora cambia (debido a la disminucin de la presin del yacimiento o dao de la formacin), se podra interpretar el cambio en la "eficiencia", como el deterioro de los equipos de levantamiento artificial.

EFICIENCIA DEL EQUIPO DE BOMBEO

Una forma til para calcular la eficiencia de una instalacin de la bomba electro centrfuga podra ser referido como "el bombeo de la eficiencia del equipo". Esta eficiencia refleja la capacidad del cable de alimentacin, el motor y la bomba para transformar la energa elctrica en la superficie en energa de fluido en la descarga de la bomba. La ecuacin simplificada para esta eficiencia es:

Estimaciones razonables dadas de presin de la bomba de admisin, la presin de descarga de tubos, el aceite, el agua y los caudales de gas, y el comportamiento PVT de lquidos, herramientas de modelado se pueden utilizar para derivar el trmino " energa " en esta ecuacin. Sin embargo, los clculos son bastante rigurosas y requieren soporte de software informtico.La utilidad de esta medicin de la eficiencia es doble. Durante la fase de diseo, que puede ser utilizado para comparar los costes de funcionamiento de las diversas alternativas de elevacin artificial para un bien determinado. La comparacin podra ser entre diferentes diseos de PE, o entre un diseo ESP y otras alternativas de mtodos de bombeo.Despus de que el equipo ha sido instalado, este clculo de eficiencia proporciona una herramienta til para el seguimiento de los equipos de levantamiento artificial. El "bombeo eficiencia del equipo" es bastante insensible a las condiciones aguas abajo del pozo. El clculo tambin elimina la influencia de la contribucin del bien al flujo de fluido. Por lo tanto, este valor es una excelente herramienta para la vigilancia del cable, el motor y la bomba.

EFICIENCIA DEL SISTEMA DEL POZOUna vez que entendemos completamente la ecuacin tradicional de la eficiencia, podemos usarla de maneras muy prcticas. Definimos "as la eficiencia del sistema del pozo " como:la eficiencia del sistema del pozo = (caballos de fuerza hidrulica al alta tubos) / (kilovatios de electricidad en).Esta medida de eficiencia est sujeta a todas las influencias descritas anteriormente. Sin embargo, cuando se utiliza en conjuncin con "eficiencia de los equipos de bombeo", puede revelar cambios que ocurren en y alrededor del pozo. Por ejemplo, una disminucin de "as la eficiencia del sistema" que no se acompaa de una disminucin de la "eficiencia de los equipos de bombeo" puede ser una indicacin de agotamiento del yacimiento o daos. Las grandes anomalas en ambos valores de eficiencia pueden ser una indicacin de una fuga tubera.COSTOS DEL LEVANTAMIENTODebido a que un objetivo importante de las operaciones de produccin de petrleo es producir ganancias, el concepto de costo de extraccin es bastante til. Como la eficiencia, los costos de extraccin se pueden calcular en un nmero de maneras. Anlisis financiero riguroso requiere la consideracin de factores como los costos de mantenimiento de equipos, mano de obra, gastos generales, e incluso los impuestos.Sin embargo, medidas simplificadas, que incluyen slo los costos de consumo directo, a menudo pueden ser utilizados dentro de un grupo operativo determinado o de campos petroleros para comparar los mtodos de levantamiento artificial o comparar el rendimiento de diferentes pozos. Estas medidas se calculan a menudo en forma de dlares por barril de petrleo o dlares por barril de lquido total tanque de almacenamiento basado en un coste elctrico fijo por kilovatio-hora.Adems, durante la fase de diseo, clculos de costos de elevacin simples pueden ayudar a realizar juicios de valor que pesan los gastos iniciales de capital (CAPEX) en contra de los costos de operacin a largo plazo. Esto es particularmente cierto en la eleccin de cables ESP.El cable de fondo de pozo en una instalacin ESP puede ser un porcentaje considerable del coste total del sistema. Desde la prdida de poder reducir los costes de cables y cables suelen tener una relacin inversa (prdida de potencia disminuye a medida que aumenta el costo de cable), csSubsAnalysis proporciona la informacin para una justificacin econmica para cualquier eleccin cable ESP. Esta justificacin econmica puede basarse en una comparacin del coste de elevacin de las alternativas frente a su CAPEX inicial.

QUE BOMBA ES EL ADECUADO?Dado un pozo en particular para la aplicacin de bombeo elctrocentrfuga, el diseador puede llegar en cualquier nmero de diseos de sistemas de bombeo. Adems de la eleccin obvia de fabricante de la bomba, de factores tales como la tasa objetivo de produccin, tamao de la tubera, la profundidad de la bomba, y la bomba se estrecha (en aplicaciones gaseosas) se puede variar para producir diferentes opciones de levantamiento artificial.csSubsDesign permite al diseador para evaluar rpidamente todas las opciones posibles sobre la base de un rango de profundidades de bombeo, tamaos de tubos, las tasas de produccin de destino, y los fabricantes de bombas. Los parmetros de rendimiento primarios (caudal, la eficiencia, los costos de extraccin, los costes elctricos / ao) para cada opcin se tabulan. El diseador entonces clasifica las opciones en funcin de sus criterios de decisin primaria, y luego una decisin educada se puede hacer.Con csSubsDesign, no hay necesidad de un diseador para realizar cada uno de estos clculos manualmente. Dada una simple lista de criterios y alguna informacin sobre el pozo, el programa informtico identifica todas las bombas de candidatos, y los modelos de su comportamiento en el tema tambin. Adems, el software identifica los motores y cables candidatos y determina su rendimiento en las condiciones de diseo especificados.Para facilitar esta tarea, csSubsDesign tiene acceso a un conjunto completo de "catlogos" de los fabricantes de las especificaciones de la bomba, el motor y los cables. Estos "catlogos" reflejan equipos disponibles en la actualidad de todos los vendedores reconocidos.csSubsDesign permite a un diseador para identificar el diseo ptimo para una aplicacin particular en un tiempo muy corto. Esto se traduce en un aumento de la productividad personal y el diseo del sistema de alta calidad.DESPUS DE LA INSTALACINUna vez que una bomba centrfuga se instala en un pozo, buenas prcticas de operacin y herramientas de software csSubmersible y csSubsAnalysis se puede utilizar para controlar el funcionamiento de la bomba.Vista del sistema Recordemos que en la Figura 10, se present una representacin grfica de la bomba y el comportamiento tambin. Tenga en cuenta que el sistema de coordenadas de la figura 10 consiste en velocidad de flujo lquido de la superficie y el aumento de presin a travs de la bomba. csSubsAnalysis puede proporcionar medidas reales de estos dos parmetros (utilizando datos de pruebas de pozos de rutina junto con las correspondientes estimaciones de la presin de descarga y la produccin de tubos de presin de fondo) por lo que un usuario puede trazar datos de la interpretacin en la misma parcela. La Figura 11 es un ejemplo de una grfica de este tipo.En la figura 11, varios puntos de prueba, as se han conspirado junto con curvas de diseo del pozo. Tenga en cuenta que todo el partido los puntos de prueba - dentro de unos mrgenes de error razonables - el punto de funcionamiento terico del sistema de pozo / bomba. En este caso, la informacin real pocillo de ensayo confirma la exactitud del diseo.

La Figura 12 representa una serie de pozos por agrupacin puntos de prueba en un punto que est cerca de la curva de "la bomba", pero lejos de la curva del "pozo". Este diagrama sugiere que el diseo est en error y que la mayora-probable-el modelo utilizado para la productividad del pozo era demasiado optimista.La Figura 12 revela cmo estos diagramas pueden ser valiosas herramientas de anlisis. Cuando una nueva bomba se instala en un pozo, trazan puntos de prueba y deben agruparse cerca de la interseccin de las curvas del "pozo" y "bomba". Si no lo hacen, un procedimiento de calibracin se debe seguir para determinar qu parmetros de diseo estn en el error. Las curvas de diseo deben entonces ser re-derivan y el proceso continu hasta que los puntos de operacin reales y tericas convergen.

A medida que pasa el tiempo, suponiendo que no hay cambios en el sistema, se debe esperar que los datos de prueba, as permanecer muy cerca del punto de trabajo terico. Sin embargo, se producen cambios, y la supervisin del pozo utilizando la tcnica descrita puede proporcionar informacin valiosa sobre la naturaleza de estos cambios.

Con el tiempo, los datos de prueba, as pueden comenzar a la tendencia a lo largo de la curva de "la bomba" - desviarse del "pozo " curva. Este comportamiento es indicativo de las condiciones de formacin cambiantes (disminucin de presin o dao de la formacin). A la inversa, tambin datos de prueba pueden comenzar a desviarse de la curva de "bomba" y la tendencia a lo largo del "pozo" curva. Esto sera una indicacin de deterioro del rendimiento de la bomba. Tenga en cuenta que el deterioro del rendimiento de la bomba no siempre significa desgaste de la bomba.INTERNOS DE LA BOMBAEn las secciones anteriores de este trabajo analizaron la dinmica de fluidos de roles dentro de la bomba en la causa de la velocidad de flujo vare como lquido pasa a travs de la bomba. Este fenmeno de compresin del fluido resulta en etapas cada vez ms altas en el manejo de las tasas ms bajas de la bomba.Este comportamiento es altamente dinmico, y es dependiente de los fluidos (aceite, agua, y gas) que entran en la entrada de la bomba, as como caractersticas de la bomba.Las pruebas de rendimiento del pozo en los diagramas descritas anteriormente tienen una visin "macro" de la bomba, ya que se relaciona con el sistema de produccin total. Sin embargo, los clculos detallados deben ser realizadas con cada pocillo de ensayo para determinar las tasas de flujo de fluido para las diversas etapas de la bomba. Estos clculos se pueden realizar en cualquier momento la presin de descarga de la tubera, la presin de admisin de la bomba, y caudales de fluido pueden calcularse de forma simultnea.El anlisis de la tasa de flujo detallado resultante dentro de la bomba puede revelar cambios en el interior de la bomba que podran causar estrs excesivo.csSubsAnalysis ofrece un informe detallado de estos clculos. Una versin del informe est disponible para cada analizados pocillo de ensayo.CONCLUSINLa suite de software csSubs ofrece diseo y anlisis de instalaciones de bombas centrfugas basadas en el conocimiento detallado de tres factores principales apropiada: La capacidad del reservorio para producir lquido en el pozo. Las caractersticas fsicas de los fluidos producidos (petrleo, agua y gas). El rendimiento real de la bomba (s) instalado y el motor.Adems, las prdidas de presin por friccin en la sarta de tubera se presentan como un papel importante en la comprensin de todo el sistema.El motor, bomba, pozo y fluidos operan como un sistema intrincado equilibrada. En la operacin real, se llegar a un punto de equilibrio que refleja esta relacin.Con el fin de disear con precisin una instalacin de la bomba centrfuga, se requiere una herramienta como csSubsDesign. Es compatible con las siguientes funciones: Una variedad de modelos de comportamiento de influjo as entre los que elegir. El diseador utiliza otros medios para determinar el modelo que mejor representa la capacidad del pozo para producir fluidos. El "PI", "Vogel", y "Vogel por menos saturado de aceite" modelos son los ms utilizados. Una variedad de modelos PVT de fluidos. Tablas de datos PVT reales y la industria reconocieron son compatibles correlaciones. Si el sujeto es as en una inundacin CO2, el impacto de altas concentraciones de CO2 en el comportamiento PVT est incluido en el modelo. Un catlogo completo de bomba y motor especificaciones de los fabricantes. Instalaciones para actualizar estas especificaciones se incluyen. El software proporciona la capacidad de anular las especificaciones de rendimiento publicados por los fabricantes con los datos de prueba de equipos reales. Consideracin de cada etapa de la bomba y la capacidad de modelar el volumen de lquido y las propiedades fsicas como el flujo pasa a travs de cada etapa. Una variedad de modelos de flujo de mltiples fases para predecir las prdidas de presin en la sarta de tubera.El proceso de optimizacin de una bomba centrfuga es un proceso repetitivo de tres pasos (Ilustracin 1). El primer paso es el diseo de la bomba de tamao adecuado que se adapte a las caractersticas as. Una vez que la bomba est desplegado, el rendimiento debe ser monitoreado y los datos recogidos para su anlisis. El tercer paso, el anlisis, permite al operador para decidir si el pozo fue diseado de manera ptima. Adems, proporciona informacin sobre el desgaste de la bomba y los cambios en el reservorio. Este anlisis permite al operador "redisear" una nueva configuracin de la bomba para obtener un rendimiento ptimo de nuevo. La fase de rediseo permite al usuario realizar mltiples cambios en el diseo de una manera virtual. Esta es una forma barata de experimentar con diferentes bomba, el motor, y configuraciones de cable sin llegar a desplegarlos el fondo del pozo.

La suite csSubs proporciona herramientas para los tres pasos en el proceso de optimizacin (Ilustracin 2). El diseo, el seguimiento y anlisis de la bomba estn a cargo de los tres mdulos de la suite csSubs - csSubmersible para el monitoreo, csSubsDesign para el diseo, y csSubsAnalysis para su anlisis.Con los datos apropiados as, de fluidos, y de equipos, un usuario csSubsDesign puede predecir el punto de los equipos instalados equilibrio. Al hacerlo, el usuario puede determinar la idoneidad de un conjunto especfico de equipo para una implementacin dada.Armado con csSubsDesign, un analista puede comparar una variedad de equipos bajo un rango de condiciones de operacin para determinar la preferible (ms eficiente, ms rentable, ms bajo costo, etc.), equipo para un determinado pozo.Otorgada con csSubsAnalysis que puede calcular las prdidas elctricas en cables a motor, un analista puede predecir el costo por volumen de elevacin. Este costo puede ser utilizado para comparar la rentabilidad de bombeo sumergible centrfuga elctrica a la de otras tcnicas de levantamiento artificial - dentro de una unidad de operacin.Supervisin cuidadosa de los equipos de bombeo centrfugo instalado puede proporcionar una serie de ventajas - incluyendo: La identificacin de los fenmenos que crean un punto de sistema de equilibrio fuera del rango de operacin adecuada de la bomba. Los cambios en la productividad del yacimiento - (piel, disminucin de la presin del yacimiento). Bomba de deterioro mecnico. Impacto del cambio de fluidos en el funcionamiento de la bomba. Los cambios en la eficiencia o costo de extraccin.A travs del seguimiento de los criterios anteriores, se pueden tomar medidas proactivas para alargar la vida de la bomba de ejecucin, optimizar la produccin y mejorar la planificacin para el reemplazo de equipos en deterioro.