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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS MODELAMIENTO TEÓRICO DE SISTEMA AUXILIAR DE LEVANTAMIENTO HIDRÁULICO TIPO JET, PARA PRODUCIR UN YACIMIENTO MEDIANTE FLUIDO MOTRIZ PROVENIENTE DE UN YACIMIENTO INFERIOR DE MAYOR PRESIÓN, EN EL MISMO POZO”. Estudio Técnico presentado como requisito para optar el Título de Ingeniero de Petróleos AUTOR: Mishell Ariana Guerra Baquero 2018 QUITO ECUADOR

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL

CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS

“MODELAMIENTO TEÓRICO DE SISTEMA AUXILIAR DE LEVANTAMIENTO

HIDRÁULICO TIPO JET, PARA PRODUCIR UN YACIMIENTO MEDIANTE FLUIDO

MOTRIZ PROVENIENTE DE UN YACIMIENTO INFERIOR DE MAYOR PRESIÓN, EN

EL MISMO POZO”.

Estudio Técnico presentado como requisito para optar el Título de Ingeniero de Petróleos

AUTOR:

Mishell Ariana Guerra Baquero

2018

QUITO – ECUADOR

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DEDICATORIA

A Dios por guiar siempre mi camino, todas mis alegrías y logros.

A mis padres Edgar y Ximena, de la mano de quienes aprendí lo difícil que es la vida y a

enfrentar cada obstáculo que nos presenta, quienes con amor y dedicación me formaron con

valores y disciplina para alcanzar mis metas personales y profesionales.

Toda mi vida incluido este trabajo está dedicado a mi Padre por ser su orgullo y su única

niña adorada.

Mishell Ariana Guerra B

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AGRADECIMIENTO

A mi padre quien con su lucha incansable ha cuidado siempre de mí y juntos hemos superado

las pruebas más difíciles. Me enseñas cada día a ser una mujer fuerte, valiente, integra y

decidida. Gracias por tu apoyo constante que hoy por hoy me está permitiendo cumplir uno de

mis sueños, tenerte a mi lado me hace sentir respaldada de tu amor y comprensión.

A la familia Sertecpet, Ing. Francisco Miranda, Ing. Juan Guerrero y a todos quienes me

abrieron sus puertas en campo, gracias a cada uno por su tiempo, dedicación, enseñanzas y

sincera amistad.

A Ing. Alex Terán quien además de guiarme constantemente y compartir sus conocimientos,

me ha brindado su amistad, consejos y constante apoyo desde el primer día que me recibió en

campo.

A Ing. Marlon Rodríguez como tutor, guía y amigo, y a la Escuela de Operaciones Sertecpet

quienes brindaron el capital humano y conocimientos técnicos para la consecución de este

estudio técnico.

A mis amigos que el día a día los convirtió en familia, con quienes cada día era una aventura,

a Andrés Pillajo y Anita Varela que a lo largo del tiempo han sido más que mejores amigos,

hermanos del alma de quienes he recibido su apoyo constante y amistad sincera, a Carlos

Cherres quien ha sido una persona especial, con quien he compartido el auténtico sentido de

la verdad y el apoyo incondicional, una amistad y cariño únicos e incomparables, que

perdurarán en el tiempo.

A mis docentes, Ing. Fernando Lucero, mi tutor de tesis, Ing. Atahualpa Mantilla e Ing. Hector

Marcial, mis revisores, quienes con sus recomendaciones me han guiado y permitido

desarrollar y culminar el presente estudio de manera exitosa.

Mishell Ariana Guerra B.

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DECLARATORIA DE AUTORÍA INTELECTUAL

Yo, Mishell Ariana Guerra Baquero en calidad de autor del Estudio Técnico

denominado “MODELAMIENTO TEÓRICO DE SISTEMA AUXILIAR DE

LEVANTAMIENTO HIDRÁULICO TIPO JET, PARA PRODUCIR UN YACIMIENTO

MEDIANTE FLUIDO MOTRIZ PROVENIENTE DE UN YACIMIENTO INFERIOR DE

MAYOR PRESIÓN, EN EL MISMO POZO”, por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD

CENTRAL DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte

de los que contienen esta obra, con fines estrictamente académicos o de investigación.

Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente

autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos

5, 6, 8, 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su reglamento.

En la ciudad de Quito al 01 día del mes de octubre de 2018.

Mishell Ariana Guerra Baquero

C.C. 1716151897

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y

AMBIENTAL

CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS

APROBACIÓN DEL TUTOR Y REVISORES

Por la presente dejamos constancia que hemos supervisado la realización del Trabajo de

Titulación cuyo tema es: “MODELAMIENTO TEÓRICO DE SISTEMA AUXILIAR DE

LEVANTAMIENTO HIDRÁULICO TIPO JET, PARA PRODUCIR UN YACIMIENTO

MEDIANTE FLUIDO MOTRIZ PROVENIENTE DE UN YACIMIENTO INFERIOR DE

MAYOR PRESIÓN, EN EL MISMO POZO”, presentado por la señorita MISHELL ARIANA

GUERRA para optar el Título de Ingeniero de Petróleos, consideramos que reúne los requisitos

y méritos suficientes para ser sometido a la evaluación y presentación pública por parte del

Tribunal que se designe.

Adjunto reporte de similitudes

En la ciudad de Quito al 01 día del mes de octubre de 2018.

_________________________

Ing. Fernando Lucero Calvache

C.I.1720160272

TUTOR

_________________________

Ing. Atahualpa Mantilla Rivadeneira

C.I.1712337474

REVISOR

_________________________

Ing. Héctor Marcial Borja

C.I.1710550540

REVISOR

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DECLARATORIA DE ORIGINALIDAD

Los abajo firmantes declaramos que el presente Trabajo de Titulación para optar al título de

Ingeniero de Petróleos de la Facultad de Ingeniería de Geología, Minas, Petróleos y Ambiental

de la Universidad Central del Ecuador denominado “Modelamiento teórico de sistema auxiliar

de levantamiento hidráulico tipo jet, para producir un yacimiento mediante fluido motriz

proveniente de un yacimiento inferior de mayor presión, en el mismo pozo”, es original y no

ha sido realizado con anterioridad o empleado para el otorgamiento de calificación alguna, ni

de título o grado diferente al actual. El presente trabajo es el resultado de las investigaciones

del autor, excepto de donde se indiquen las fuentes de información consultadas.

_________________________ _________________________

Mishell Ariana Guerra Baquero Ing. Fernando Lucero Calvache

C.I. 1716151897 C.I. 1720160272

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ÍNDICE DE CONTENIDOS

DEDICATORIA ......................................................................................................................... II

AGRADECIMIENTO .............................................................................................................. III

DECLARATORIA DE AUTORÍA INTELECTUAL ............................................................. IV

APROBACIÓN DEL TUTOR Y REVISORES ....................................................................... V

DECLARATORIA DE ORIGINALIDAD .............................................................................. VI

ÍNDICE DE CONTENIDOS .................................................................................................. VII

ÍNDICES DE FIGURAS ........................................................................................................... X

ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................ XII

ÍNDICE DE DIAGRAMAS .................................................................................................. XIII

ABREVIATURAS ................................................................................................................ XIV

SIMBOLOGÍA ........................................................................................................................ XV

RESUMEN ............................................................................................................................ XVI

ABSTRACT ......................................................................................................................... XVII

CAPÍTULO I ............................................................................................................................ 18

1.1 INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 18

1.2 ENUNCIADO DEL TEMA .............................................................................................. 19

1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................................................. 19

1.4 JUSTIFICACIÓN .......................................................................................................... 19

1.5 PROPUESTA ............................................................................................................... 20

1.6 HIPÓTESIS ................................................................................................................. 20

1.7 OBJETIVOS ................................................................................................................ 21

1.7.1 Objetivo general ............................................................................................... 21

1.7.2 Objetivos específicos ........................................................................................ 21

1.8 ENTORNO DEL ESTUDIO ............................................................................................. 21

1.8.1 Marco institucional ........................................................................................... 21

1.8.2 Marco ético ....................................................................................................... 22

1.8.3 Marco legal ....................................................................................................... 22

2. CAPÍTULO 2 ................................................................................................................... 23

2.1 ÁREA DE ESTUDIO ..................................................................................................... 23

2.2 PRODUCCIÓN DE POZOS POR FLUJO NATURAL ............................................................ 23

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2.3 EMPUJE HIDRÁULICO ................................................................................................. 23

2.3.1 Características del empuje por agua ................................................................. 24

2.3.2 Condiciones del empuje por agua .................................................................... 24

2.3.3 Tipos de empuje hidráulico .............................................................................. 25

2.4 CONIFICACIÓN ........................................................................................................... 25

2.5 FLUJO CRUZADO ........................................................................................................ 26

2.6 RESERVORIOS COMPUESTOS ...................................................................................... 27

2.7 PRODUCCIÓN DE RESERVORIOS ESTRATIFICADOS ...................................................... 28

2.8 IPR ............................................................................................................................ 28

2.8.1 Modelo de Vogel .............................................................................................. 28

2.8.2 Modelo de Vogel compuesto ............................................................................ 29

2.8.3 IPR compuesto para reservorios estratificados ................................................ 29

2.9 RELACIÓN ENTRE PRESIONES DE RESERVORIO Y NIVELES DE FLUIDO ........................ 31

2.10 SISTEMA DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL ................................................................ 31

2.11 BOMBEO HIDRÁULICO ............................................................................................... 32

2.11.1 Principio de operación ...................................................................................... 32

2.11.2 Fluido motriz .................................................................................................... 32

2.11.3 Tipo de sistema ................................................................................................. 33

2.11.4 Elementos de superficie ................................................................................... 34

2.11.5 Elementos de fondo .......................................................................................... 35

2.12 BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET.................................................................................. 35

2.12.1 Principio de funcionamiento ............................................................................ 36

2.12.2 Componentes de la bomba jet Claw® .............................................................. 37

2.12.3 Tipos de bomba jet ........................................................................................... 38

2.12.4 Ventajas y desventajas ..................................................................................... 40

2.12.5 Comparación entre el bombeo hidráulico jet y otros sistemas de levantamiento

artificial…. ....................................................................................................................... 42

2.12.6 Eficiencia mecánica de la bomba jet ................................................................ 42

2.12.7 Rangos de operatividad .................................................................................... 42

2.12.8 Instalaciones de subsuelo ................................................................................. 43

2.12.9 Software para diseño de bombeo hidráulico tipo Jet ........................................ 43

2.12.10 Cavitación en la bomba Jet ............................................................................... 46

2.13 SISTEMAS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL COMBINADO .......................................... 47

2.14 MANEJO DE AGUA ..................................................................................................... 51

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2.15 COMPLETACIÓN DE POZOS ......................................................................................... 52

2.15.1 Consideraciones ............................................................................................... 52

2.15.2 Tipos de completaciones .................................................................................. 53

2.15.3 Herramientas de fondo ..................................................................................... 54

3. CAPÍTULO 3 ................................................................................................................... 58

3.1 TIPO DE ESTUDIO ....................................................................................................... 58

3.2 UNIVERSO Y MUESTRA .............................................................................................. 59

3.3 INSTRUMENTOS DE RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN Y DATOS.................................. 59

3.4 PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE INFORMACIÓN. ....................................................... 59

CAPÍTULO 4 ........................................................................................................................... 61

4.1 SISTEMA DE LEVANTAMIENTO AUXILIAR TIPO JET ..................................................... 61

4.2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ............................................................................... 61

4.3 PARÁMETROS DE SELECCIÓN ..................................................................................... 63

4.4 ESCENARIOS DE APLICACIÓN ..................................................................................... 66

4.5 LIMITACIONES DEL SISTEMA AUXILIAR ..................................................................... 73

4.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS ....................................................................................... 74

4.7 SELECCIÓN DE POZOS ................................................................................................ 75

4.7.1 Simulación de funcionamiento ......................................................................... 76

CAPÍTULO 5 ......................................................................................................................... 103

5.1 COMPARACIÓN SITUACIÓN ACTUAL CON SISTEMA AUXILIAR JET POR PARÁMETROS 103

5.2 COMPARACIÓN SITUACIÓN ACTUAL CON SISTEMA AUXILIAR JET POR POZO ............. 105

CAPÍTULO 6 ......................................................................................................................... 107

6.1 CONCLUSIONES ....................................................................................................... 107

6.2 RECOMENDACIONES ................................................................................................ 109

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 110

GLOSARIO DE TÉRMINOS ................................................................................................ 112

ANEXOS ................................................................................................................................ 114

ANEXO 1. SELECCIÓN DE LA BOMBA POZO CHSA-03 .............................................. 114

ANEXO 2. ANÁLISIS NODAL CON BOMBA JET CLAW AUXILIAR 10K, POZO CHSA-

03 ............................................................................................................................................ 117

ANEXO 3. HISTORIAL PULLING BES POZO CHSA-03 ................................................. 119

ANEXO 4. REPORTE DE FALLAS EQUIPO BES POZO CHSA-03 ............................... 120

ANEXO 5. DIAGRAMA MECÁNICO INICIAL POZO PYMH-21 .................................. 121

ANEXO 6. SELECCIÓN DE LA BOMBA POZO PYMH-21 ............................................ 122

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ÍNDICES DE FIGURAS

Figura 1. Curvas de declinación ............................................................................................... 25

Figura 2. Esquema de conificación en pozos verticales. .......................................................... 26

Figura 3. Reservorio con flujo cruzado. ................................................................................... 27

Figura 4. Reservorio commingled. ........................................................................................... 27

Figura 5. IPR compuesta en reservorio estratificado ............................................................... 30

Figura 6. Relación entre niveles y presiones dinámicas ........................................................... 31

Figura 7. Principio de Operación de una Bomba jet. ............................................................... 36

Figura 8. Esquema de funcionamiento bomba jet. ................................................................... 37

Figura 9. Partes Bomba ............................................................................................................ 38

Figura 10. Bomba jet Claw Directa y Reversa 2 7/8” .............................................................. 39

Figura 11. Bomba jet Claw directa ........................................................................................... 39

Figura 12. Bomba jet Claw reversa .......................................................................................... 40

Figura 13. Análisis nodal bomba jet, Rango de cavitación. ..................................................... 46

Figura 14. Configuración del Sistema BHJ-BM ...................................................................... 48

Figura 15. Configuración para Sistema ESJP .......................................................................... 49

Figura 16. Diagrama de levantamiento artificial ESJP ............................................................ 50

Figura 17. Completación híbrida Gas-Lift & bomba jet .......................................................... 51

Figura 18. Camisa de circulación ............................................................................................. 55

Figura 19. Y Tool ..................................................................................................................... 56

Figura 20. On Off Tool ............................................................................................................ 57

Figura 21. Metodología de trabajo ........................................................................................... 58

Figura 22. Esquema de flujo bomba jet auxiliar ...................................................................... 62

Figura 23. Descripción de partes bomba jet auxiliar ................................................................ 62

Figura 24. Esquema de selección de pozos bomba auxiliar jet ................................................ 63

Figura 25. Completación simple para bomba auxiliar jet ........................................................ 64

Figura 26. Diagrama mecánico para bomba jet autónoma ....................................................... 67

Figura 27. Diagrama mecánico para bomba auxiliar tipo jet con sistema de ........................... 68

Figura 28. Diagrama mecánico, bomba auxiliar tipo jet con sistema de levantamiento .......... 69

Figura 29. Diagrama mecánico para bomba auxiliar tipo jet con sistema de ........................... 70

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Figura 30. Diagrama mecánico para bomba auxiliar tipo jet con sistema de ........................... 71

Figura 31. Esquema de flujo cruzado ....................................................................................... 72

Figura 32. Flujo cruzado con bomba auxiliar tipo jet .............................................................. 73

Figura 33. Configuración mecánica CHSA-03, nivel dinámico sobre la arena TI .................. 80

Figura 34. IPR Arena TI, Pozo CHSA-03 ................................................................................ 82

Figura 35. IPR Hollín Superior, CHSA-03 .............................................................................. 83

Figura 36. IPR Conjunta, TI+HS, CHSA-03 ........................................................................... 84

Figura 37. IPR con Outflow de tamaño de nozzle. .................................................................. 85

Figura 38. IPR con JBA, límites de nozzles, CHSA-03 ........................................................... 87

Figura 39. Análisis Nodal con Bomba jet Claw auxiliar 9K, CHSA-03 .................................. 91

Figura 40. Configuración mecánica Payamino H-21, nivel dinámico sobre la arena U .......... 94

Figura 41. IPR Arena US, PYMH-21 ...................................................................................... 96

Figura 42. IPR Hollín Principal, PYMH-21 ............................................................................. 97

Figura 43. IPR con Outflow de tamaño de nozzle. .................................................................. 99

Figura 44. Análisis Nodal con Bomba jet Claw auxiliar 9J, PYMH-21 ................................ 102

Figura 45. Comparación parámetros con la implementación de sistema JBA, CHSA-03 ..... 105

Figura 46. Comparación parámetros con la implementación de sistema JBA, PYMH-21 .... 106

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Rangos de operatividad. ............................................................................................. 43

Tabla 2. Especificaciones camisas tipo SL .............................................................................. 56

Tabla 3.Información requerida para sistema auxiliar tipo jet. .................................................. 65

Tabla 4. Selección de pozos candidatos para sistema auxiliar ................................................. 76

Tabla 5. Información de pozos en el Campo Chonta Sur ......................................................... 79

Tabla 6. Características Arena TI, Pozo CHSA-03 .................................................................. 80

Tabla 7. Características Arena Hollín Superior, Pozo CHSA-03 ............................................ 81

Tabla 8. Características de los fluidos Arena 1, Pozo CHSA-03 ............................................. 81

Tabla 9. Características de los fluidos Arena 2, Pozo CHSA-03 ............................................. 82

Tabla 10. Datos de productividad Arena TI, Pozo CHSA-03 ................................................. 82

Tabla 11. Datos de productividad Hollín Superior, Pozo CHSA-03 ....................................... 83

Tabla 12. Calculo de IPR compuesta Pozo CHSA-03 ............................................................. 83

Tabla 13. Cálculo de outflow nozzle, pozo CHSA-03 ............................................................. 86

Tabla 14. Presión de inyección disponible, Pozo CHSA-03 .................................................... 88

Tabla 15. Resultado simulación de bomba jet auxiliar con diferentes

geometrías……………………………………………………………………….……………89

Tabla 16. Comparación geometrías pozo CHSA-03 ................................................................ 90

Tabla 17. Parámetros comparativos pozo CHSA-03 ............................................................... 90

Tabla 18. Características Arena U, Pozo PYMH-21 ................................................................ 94

Tabla 19. Características Arena Hollín Principal, PYMH-21 .................................................. 95

Tabla 20. Características de los fluidos Arena U, PYMH-21 ................................................. 95

Tabla 21. Características de los fluidos Hollín Principal, PYMH-21 ...................................... 96

Tabla 22. Datos de productividad Arena TI, PYMH-21 ......................................................... 96

Tabla 23. Datos de productividad Hollín Principal, PYMH-21 ............................................... 97

Tabla 24. Cálculo de outflow nozzle, PYMH-21 ..................................................................... 98

Tabla 25. Presión de inyección disponible, PYMH-21 .......................................................... 100

Tabla 26. Resultado simulación de bomba jet auxiliar con diferentes geometrías. ............... 101

Tabla 27. Comparación geometrías pozo PYMH-21 ............................................................. 101

Tabla 28. Parámetros comparativos pozo PYMH-21 ............................................................. 102

Tabla 29. Comparación de producción con JBA .................................................................... 103

Tabla 30. Comparación de nivel dinámico con JBA .............................................................. 104

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Tabla 31. Comparación de presión de descarga con JBA ...................................................... 104

Tabla 32. Comparación parámetros con la implementación de sistema JBA, ....................... 105

Tabla 33. Comparación parámetros con la implementación de sistema JBA, ....................... 106

ÍNDICE DE DIAGRAMAS

Diagrama 1. Diagrama de flujo cálculos BJA .......................................................................... 77

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ABREVIATURAS

IPR: Relación de Comportamiento de Influjo

IP: Índice de productividad

POES: Petróleo original en sitio

SLAG: Sistema de levantamiento artificial por gas

RGP: Relación gas-petróleo

ESJP: Bombeo jet-electrosumergible

BJA: Bomba jet auxiliar

SLA: Sistema de levantamiento artificial

BSW: Porcentaje de agua y sedimentos

BES: Bomba electrosumergible

RGP: Relación gas petróleo

RGL: Relación gas líquido

TVD: Profundidad vertical verdadera

MD: Profundidad medida

Cavit: Cavitación

BFPD: Barriles de fluido por día

BPPD: Barriles de petróleo por día

BPD:

JAS:

Barriles por día

Sistema Jet Auxiliar

adim:

WO:

Adimensional

Reacondicionamiento

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SIMBOLOGÍA

Pwf: Presión de fondo fluyente

Pr: Presión de reservorio

Pws: Presión estática de fondo

Pb: Punto de burbuja

Ph: Presión hidrostática

PN: Presión en la boquilla o nozzle

Piny: Presión de inyección

pf: Pérdidas por fricción

δw: Densidad del agua

δo: Densidad del petróleo

δm: Densidad de la mezcla

Q: Caudal

Qo: Caudal de petróleo

Qw: Caudal de agua

Qb: Caudal de burbuja

Qiny: Caudal de inyección

J: Índice de productividad

R: Relación de áreas

ppm: Partes por millón

hm: Nivel dinámico a condiciones fluyentes

γm: Gradiente de la mezcla boquilla garganta

Km2: Kilómetros cuadrados

ft: Pies

Psi: Libras por pulgada cuadrada

F: Grados Fahrenheit

SCF: Pies cúbicos standard

STB: Barriles standard

An: Área de la boquilla

Ath: Área de la garganta

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Tema: Modelamiento teórico de sistema auxiliar de levantamiento hidráulico tipo jet, para

producir un yacimiento mediante fluido motriz proveniente de un yacimiento inferior de mayor

presión, en el mismo pozo.

Autor: Mishell Ariana Guerra Baquero

Tutor: Ing. Fernando Andrés Lucero Calvache

RESUMEN

El presente estudio busca optimizar la producción de petróleo mediante la utilización de los

recursos disponibles no aprovechados (energía de fondo de yacimiento), como una oportunidad

para mejorar, o mantener la producción de petróleo a bajo costo, para beneficio del País, bajo

sus estándares legales y de calidad, a favor de la sostenibilidad y sustentabilidad de la

producción de petróleo.

En el Capítulo 1 se mencionan todos los conceptos introductorios del proyecto, la justificación,

descripción del problema y objetivos que definen el alcance del proyecto.

En el Capítulo 2 se detalla el marco teórico en el que se sustenta la investigación, de acuerdo

con definiciones y conceptos. En esta sección se define el sistema de bombeo hidráulico tipo

jet, procedimientos y consideraciones para la selección de este tipo de levantamiento, así como

las principales condiciones de un yacimiento para un sistema de levantamiento auxiliar.

En el Capítulo 3 se define la metodología empleada para el procesamiento y análisis de la

información.

En el Capítulo 4 se desarrolla la propuesta técnica para la implementación de un sistema auxiliar

de bombeo hidráulico tipo jet, que utilice la energía de fondo para activar la bomba de subsuelo.

En el Capítulo 5 se presentan los resultados obtenidos, la comparación con el sistema jet

convencional y su respectivo análisis.

En el Capítulo 6 se resume las conclusiones y recomendaciones de este proyecto.

PALABRAS CLAVES: LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL/ PRODUCCIÓN/

OPTIMIZACIÓN/ SISTEMA AUXILIAR/ BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET/ ENERGÍA

DE FONDO.

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TITLE: Theoretical modeling of hydraulic jet type auxiliary system, to produce a reservoir

with power fluid from a lower reservoir of higher pressure, in the same well.

Author: Mishell Ariana Guerra Baquero

Tutor: Eng. Fernando Andres Lucero Calvache

ABSTRACT

The present study gathers the need to optimize oil production with the available resources not

used (bottom hole energy), as an opportunity to improve or maintain oil production at low cost,

for the benefit of the Country, under its legal and quality standards, in favor of the sustainability

of oil production.

Chapter 1, all the introductory concepts of the project, justification, description of the problem

and objectives that define the scope of the project, are mentioned.

Chapter 2 shows the content of the theoretical framework on which the research is based,

according to definitions and concepts. In this section concepts of a hydraulic jet-type pumping

system are defined, as well as the main characteristics of a reservoir needed for an auxiliary

artificial lift system.

Chapter 3 shows the methodology used for the processing and analysis of information.

Chapter 4 contains all the technical proposal for the implementation of a hydraulic jet type

auxiliary artificial lift system, which uses the bottom hole energy to activate the pump.

Chapter 5 point out the results obtained the comparison with the conventional jet system and

its corresponding analysis.

Chapter 6 summarizes the conclusions and recommendations of this project.

KEYWORDS: ARTIFICIAL LIFT / PRODUCTION / OPTIMIZATION / AUXILIARY

SYSTEM / HYDRAULIC JET PUMP / BOTTOM HOLE ENERGY

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18

CAPÍTULO I

1.1 Introducción

En la actualidad, en el Oriente Ecuatoriano, generalmente los pozos requieren de un

sistema de levantamiento artificial que permita extraer el petróleo y llevarlo hasta

superficie, o a su vez ganar en volumen de producción.

Los mecanismos de empuje más comunes de los campos productores de petróleo en el

Oriente Ecuatoriano son: empuje hidráulico y/o por gas en solución. Sin embargo, en

muchos casos la energía proveniente de fondo no es suficiente para poder producir debido

a la declinación propia de los yacimientos y considerando que en la cuenca Oriente se

produce desde hace más de 40 años, por lo que sus campos petroleros son considerados

campos maduros.

Con el paso del tiempo y las condiciones en las que producen los pozos en la cuenca

Oriente, se utilizan nuevas técnicas y sistemas optimizados que permitan una

recuperación de petróleo efectiva, por lo que continuamente se rediseñan los sistemas de

levantamiento artificial empleados para la producción de petróleo, mediante el análisis de

información disponible, con el objetivo de mantener o mejorar la productividad de los

campos.

Mientras más información se posea, se puede dar paso a la reducción de costos de

producción y tiempo, permitiendo tomar decisiones acertadas para optimizar el desarrollo

del campo.

Uno de los sistemas de levantamiento artificial utilizados en el país para producir petróleo

es el bombeo hidráulico tipo jet, flexible y adaptable a casi cualquier medio y con bajos

costos de mantenimiento.

Como empresa de prestación de servicios petroleros, y en búsqueda de la innovación y

desarrollo para el País con tecnología de punta, Sertecpet S.A a través de su historia en

las operaciones del Ecuador ha obtenido información muy importante de nuestros

yacimientos, lo cual facilita el desarrollo de tecnología para optimizar la producción.

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19

1.2 Enunciado del tema

Modelamiento teórico del sistema auxiliar de levantamiento hidráulico tipo jet, para

producir un yacimiento mediante fluido motriz proveniente de un yacimiento inferior de

mayor presión, en el mismo pozo.

1.3 Planteamiento del problema

En el Ecuador, de existir varios horizontes productores en un mismo pozo, se considera

una completación múltiple selectiva o dual, tomando en cuenta parámetros operacionales

y costos de la completación, de modo que se pueda producir de manera individual o en

conjunto; los sistemas de levantamiento artificial aplicados dependerán de la

productividad de los yacimientos de interés. Secuencialmente se inicia por lo regular y

dependiendo de los intereses, con el yacimiento de mayor productividad, donde estos a

su vez corresponden generalmente en el Ecuador a arenas con empuje hidráulico activo,

lo que da lugar con el tiempo a una invasión de agua, por conificación o avance del frente

de agua, si esto sucede, se realiza un cambio de arena, aislando la arena invadida por

agua, cerrando la camisa o por medio de un tapón.

El cambio de arena se traduce en la producción del siguiente yacimiento, cambiando las

condiciones de operación e interfiriendo con el óptimo funcionamiento del sistema de

levantamiento utilizado, poniendo en riesgo la integridad de los equipos. En este caso a

pesar de contar con un sistema de levantamiento artificial como un sistema

electrosumergible, el pozo puede dejar de producir debido a que el nivel dinámico que

posee no es suficiente para activar el equipo de subsuelo que se esté empleando, o que al

ser inestable provoca daños a los equipos.

1.4 Justificación

El optimizar recursos y reducir costos operativos sin afectar la producción es una

necesidad en la industria petrolera, para lo que los sistemas de producción empleados

deben ser: óptimos de acuerdo con las condiciones de reservorio de los campos y

eficientes en lo referente a costos y tiempo.

Continuamente se busca seleccionar de manera más eficiente el sistema de levantamiento

artificial aplicado en los diferentes campos, para lograr una mejor recuperación de los

hidrocarburos.

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La innovación es parte fundamental en la optimización de sistemas de levantamiento

artificial, con el fin de mantener y/o incrementar la producción, reduciendo costos

operativos y aprovechando condiciones propias del yacimiento.

El bombeo hidráulico tipo jet es una de las alternativas empleadas para evaluación y

producción de pozos petroleros en el Ecuador. Utilizando el mismo principio de bombeo

hidráulico tipo jet en un pozo con completación selectiva, se puede proporcionar la

energía requerida para accionar la bomba de subsuelo, desde el fondo con caudal y

presiones suficientes para producir de otra arena del mismo pozo.

El caudal y presión de fondo no es aprovechado efectivamente, siendo una fuente

energética importante que se puede utilizar para optimizar la producción de petróleo.

1.5 Propuesta

El presente proyecto es un modelamiento teórico del uso de la energía de fondo de pozo,

representada en presión y caudal, para producir de un yacimiento superior por medio de

un sistema auxiliar de bombeo hidráulico tipo jet, que asegure un mayor nivel dinámico,

aportando mayor volumen de fluido a mayor presión, optimizando la operación y

preservando la integridad de los equipos de fondo del sistema de levantamiento artificial

utilizado.

1.6 Hipótesis

Se puede utilizar el caudal y presión de las arenas más profundas de un pozo, como

inyección de fluido motriz para un sistema de levantamiento artificial auxiliar hidráulico

tipo jet, tomando en cuenta: escenarios de operación, aspectos técnicos, características

del yacimiento, facilidades de superficie, entre otros; de tal manera que provea de mayor

nivel dinámico para el sistema de levantamiento artificial principal y energía que aporte

a la producción de petróleo.

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21

1.7 Objetivos

1.7.1 Objetivo general

Proponer un sistema auxiliar de levantamiento hidráulico tipo jet, mediante su

modelamiento teórico, para producir un yacimiento con fluido motriz proveniente de un

yacimiento inferior de mayor presión, en el mismo pozo.

1.7.2 Objetivos específicos

Proponer parámetros de diseño de la bomba auxiliar tipo jet y describir su

funcionamiento.

Describir los posibles escenarios para la aplicación del sistema auxiliar de bombeo jet.

Analizar información de pozos en el Oriente Ecuatoriano, tomados como muestra

académica, que cumplan con las condiciones necesarias para el sistema auxiliar tipo jet,

como: configuración mecánica, caracterización de arenas disparadas, productividad de

la formación productora e inyectora, propiedades de los fluidos, facilidades de

superficie, entre otras.

Simular el funcionamiento teórico de la bomba auxiliar tipo jet y comparar los

resultados de la simulación con el sistema actual de producción de cada pozo

seleccionado.

1.8 Entorno del estudio

1.8.1 Marco institucional

El presente estudio técnico presentado como requisito para optar por el Título de

Ingeniero de Petróleos de la Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y

Ambiental de la Universidad Central del Ecuador, y se elaborará conforme a la misión

de la Carrera que busca la excelencia en la formación de profesionales y en la

investigación para el aprovechamiento sustentable de recursos naturales y energéticos

del Ecuador. De igual manera, la empresa SERTECPET S.A será auspiciante del estudio

técnico conforme a su misión de generar soluciones integrales para el sector energético

con tecnología de punta.

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1.8.2 Marco ético

El presente trabajo es una propuesta técnica para el desarrollo óptimo de la producción

de petróleo sin afectar a terceros y cuidando el medio ambiente. La información a

utilizar es real, no ha sido modificada, corresponde a pozos existentes, proporcionados

por la empresa auspiciante, así como, el desarrollo de la investigación se ha realizado

en base a los software especializados de bombeo hidráulico SYAL y CLAW de la

empresa Sertecpet S.A, que respalda el estudio realizado.

1.8.3 Marco legal

Este estudio técnico a continuación cumple con las siguientes normativas vigentes para

la obtención del título del tercer nivel:

Art. 1, Art. 317, Art. 350, Art. 356, contemplados en la Constitución de la

República del Ecuador.

Art. 123 y 144 de la ley Orgánica de Educación Superior (LOES).

Art. 37 Reglamento de régimen Académico del Sistema Nacional de Educación

Superior.

Art. 212 del Estatuto Universitario.

Guía Operativa Unidad De Titulación Especial Para Carreras y Programas de la

Universidad Central Del Ecuador.

Convenio Macro Cooperación Técnica-Científica.

Art. 29, Art. 30, Art. 32, contemplado en el Reglamento de Operaciones

Hidrocarburiferas.

Art. 1 y Art. 4 contemplado en la Ley de Propiedad Intelectual.

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2. CAPÍTULO 2

MARCO TEÓRICO

El presente capítulo refiere conceptos, descripciones, fórmulas y el fundamento teórico,

aplicadas como base para el desarrollo y sustento del presente estudio técnico.

Toda la información presentada corresponde a libros y papers utilizados como fuentes de

consulta, al igual que catálogos, manuales, instructivos y procedimientos de la empresa

auspiciante del estudio técnico, Sertecpet S.A.

2.1 Área de estudio

El área de desarrollo del estudio técnico en el que se va a indagar es operaciones de

producción mediante la investigación y desarrollo de levantamiento artificial tipo jet, con

el aprovechamiento de energía propia del yacimiento, proveniente de fondo en un mismo

pozo en dos o más arenas. Se busca soluciones integrales y funcionales que optimicen la

operación.

En cuanto a la ubicación geográfica de los pozos donde se realizará el estudio técnico, se

determinará conforme el avance del mismo, estructurando una matriz de información que

reúna los pozos que cumplan con las condiciones necesarias para el sistema de

levantamiento artificial auxiliar tipo jet, en el Oriente Ecuatoriano.

2.2 Producción de pozos por flujo natural

Los fluidos en el yacimiento se encuentran sometidos a la acción de fuerzas y energías

naturales, como: empuje por capa de gas, gas disuelto, empuje hidráulico, expansión de

roca y fluidos y drenaje gravitacional, las mismas que determinan el movimiento de los

fluidos hacia los pozos. Existen casos en que la energía que proveen estos mecanismos es

suficiente para el desplazamiento de fluidos hasta la superficie, es decir el pozo fluye

naturalmente.

2.3 Empuje hidráulico

Uno de los principales y más eficientes tipos de flujo natural de petróleo es el empuje

hidráulico, es decir la fuerza para provocar la expulsión del petróleo del yacimiento

proviene del agua acumulada en un acuífero directamente relacionado al yacimiento. En

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este tipo de yacimiento la capa de gas no existe, por lo tanto, la presión inicial es mayor

que la presión del punto de burbuja. A medida que el yacimiento se agota, la energía del

agua que ingresa desde el acuífero disminuye.

2.3.1 Características del empuje por agua

La presión en el yacimiento permanece alta.

La producción de agua inicia muy temprano e incrementa en cantidades considerables.

El petróleo fluye hasta que el corte de agua es excesivo.

La recuperación esperada es del 35 al 75% del POES.(Beggs, 1980)

2.3.2 Condiciones del empuje por agua

Diferencia de presión entre el reservorio y el acuífero.

Tamaño del acuífero.

Permeabilidad del reservorio y del acuífero.

Espesor del reservorio abierto al agua.

Se debe tomar en cuenta que si la extracción de crudo del reservorio es mayor a la tasa

a la cual el agua puede reemplazar el volumen desplazado, la presión del reservorio

declinará. Además, tasas muy altas de extracción o áreas de baja permeabilidad,

causarán una caída de presión excesiva, entre el reservorio y el pozo creando

diferenciales de presión.

En una arena uniforme, el diferencial de presión causado por altas tasas de producción

puede resultar en un cono de agua hacia el intervalo de completación. (Da Prat, 2000)

Según (Hatzignatiou, 1994), los factores que afectan la tendencia de conificación son:

la diferencia de densidad petróleo/gas o petróleo agua, la viscosidad del agua o del gas,

permeabilidad de la formación, diferencial de presión, tasa de flujo, etc.(Amaya de

Gama, 2005)

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2.3.3 Tipos de empuje hidráulico

Empuje de agua fuerte o activo

El agua se expande y reemplaza el volumen de hidrocarburos que se extrajeron con caída

de presión mínima en el pozo. Cuando el agua del acuífero se expande, desplaza el

petróleo y el gas del reservorio hacia el pozo mientras la presión decae alrededor de la

zona de drenaje. Este mecanismo solo existe cuando el acuífero es de igual o mejor

calidad que el yacimiento (10 veces más) y tiene un volumen mucho mayor que el

yacimiento o está conectado a una recarga superficial de agua.

Empuje de agua parcial

Ocurre donde el acuífero tiene una calidad más baja en términos de la geometría de poro

o tiene un volumen limitado, es decir, la expansión de agua es limitada. (Hartmann &

Beaumont) En este caso la tasa de producción de hidrocarburos cae más rápido y se

reduce el recobro.

Figura 1. Curvas de declinación

Fuente: (Hartmann & Beaumont, 1999)

2.4 Conificación

Es un problema bastante común especialmente en reservorios que tienen un acuífero de

fondo. Según (Kelkar, 2008) ocurre cuando se establece un gradiente de presión cercano

al pozo asociado a la producción, si existe agua de fondo, el gradiente de presión se

superpone a la segregación gravitacional y el agua es empujada hacia el pozo.

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Figura 2. Esquema de conificación en pozos verticales.

Fuente: (Kelkar,2008)

Según (Hatzignatiou,1994), los factores que afectan la tendencia de conificación son: la

diferencia de densidad petróleo/gas o petróleo agua, la viscosidad del agua o del gas,

permeabilidad de la formación, diferencial de presión, tasa de flujo, etc.

2.5 Flujo cruzado

Cuando existe un reservorio estratificado donde los horizontes productores se encuentren

conectados en un mismo pozo y sin una capa de roca que los separe, el flujo se direcciona

de la capa de menor permeabilidad hacia el estrato de mayor permeabilidad, dando lugar

a que la presión se transfiera más rápido en el horizonte de menor permeabilidad.

El flujo cruzado induce a la producción de arena y licuefacción en las capas de mayor

presión, así como daño a la formación, filtración y reducción de la permeabilidad en capas

de menor presión.(Jalali, Embry, Sanfilippo, Santarelli, & Dusseault, 2016)

El tiempo de duración del período de flujo cruzado depende de la capacidad de

almacenamiento de cada estrato. Si el almacenamiento de la arena de menor

permeabilidad es despreciable entonces el flujo cruzado continuará durante la vida del

pozo. Caso contrario el tiempo de flujo cruzado será corto.(Chaudhry, 2003).

El flujo cruzado puede ser natural o forzado, el primero en condiciones de presión inicial

y el segundo se produce como efecto de la producción misma del pozo.

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Puede ocasionar tasas de producción bajas, dado que se perderá fluido en las capas de

baja presión, perdiendo además reservas si la arena no tiene presión suficiente para

producirlos.

Figura 3. Reservorio con flujo cruzado.

Fuente: (Chaudhry, 2003)

Se debe asegurar que la presión del estrato productor sea igual o mayor que la Pwf a esa

profundidad, donde la diferencia de presión entre estratos es comparada con curvas de

gradiente fluyente y estático, para evitar el flujo cruzado.

2.6 Reservorios compuestos

Este tipo de reservorios son conocidos también como reservorios commingled, donde los

estratos están comunicados por el pozo como se muestra en la Figura 4, y contienen capas

de roca impermeables entre zonas.

Figura 4. Reservorio commingled.

Fuente: (Chaudhry, 2003)

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2.7 Producción de reservorios estratificados

Es la producción de distintos estratos en conjunto por medio de un solo pozo, lo que

implica la combinación de diferentes fluidos y presiones. La producción conjunta de dos

o más arenas supone grandes beneficios como mantener un pozo sobre el límite

económico, al incrementar la tasa de producción, al igual que obtener una mayor

recuperación de reservas.(Jaramillo & Lligüizaca, 2017)

El flujo cruzado es un fenómeno que está presente y no se produce exclusivamente dentro

de un solo estrato, si no que puede ocurrir entre estratos, dado que se produce de manera

conjunta con diferentes presiones.

2.8 IPR

Por sus siglas en inglés Inflow Performance Relationship, es la relación de desempeño de

flujo, es básicamente la relación entre la tasa de producción y la presión de fondo fluyente

cuyo comportamiento es lineal cuando se tiene una sola fase y curva cuando existe gas

presente, liberado al producir por debajo del punto de burbuja.

Si es un yacimiento subsaturado (Pws>Pb), entonces se calcula un índice de

productividad (Jalali et al.), lineal con la siguiente fórmula:

𝐼𝑃 = 𝑄

𝑃𝑟 − 𝑃𝑤𝑓 (1)

Q: Producción asociada a la presión de fondo fluyente, [BFPD].

Pr: Presión de reservorio, [psi].

Pwf: Presión de fondo fluyente, [psi].

Y si el yacimiento es saturado (Pws<Pb), para el cálculo de la curva IPR se puede

considerar los siguientes modelos empíricos para estimar la curva de afluencia:

2.8.1 Modelo de Vogel

𝑄

𝑄 𝑚𝑎𝑥

= [1 − 0.2 (𝑃𝑤𝑓

𝑃𝑟) − 0,8 (

𝑃𝑤𝑓

𝑃𝑟)

2

] (2)

Qmax: Producción cuando la Pwf es 0, [BFPD].

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Aplicable cuando Pr<Pb, es decir que en condiciones iniciales el yacimiento es saturado,

para este modelo se considera un flujo radial uniforme, se desprecia los efectos de

compresibilidad de la roca y fluidos, se asume un medio poroso uniforme y una eficiencia

de flujo del 100%.

2.8.2 Modelo de Vogel compuesto

Se aplica cuando el yacimiento es subsaturado en condiciones iniciales y con el tiempo y

la producción se comporta como saturado. Para el cálculo, hasta la presión de burbuja se

considera un IP lineal y después por la liberación de gas se toma el modelo de Vogel

Compuesto para estimar 𝐽 o índice de productividad.

𝐽 =𝑄

𝑃𝑟 − 𝑃𝑏 +𝑃𝑏

1.8 [1 − 0.2 (𝑃𝑤𝑓

𝑃𝑟) − 0,8 (

𝑃𝑤𝑓

𝑃𝑟)

2

]

(3)

𝑄𝑏 = 𝐽 (𝑃𝑟 − 𝑃𝑏 ) (4)

Pb: Presión de burbuja, [psi]

Qb: Caudal de burbuja, [psi]

J: Índice de productividad [BFPD/psi]

2.8.3 IPR compuesto para reservorios estratificados

Se puede decir que casi todos los reservorios están estratificados en cierta medida, es

decir que en un mismo pozo se presentan diferentes capas de roca en la zona de

producción con diferentes presiones, permeabilidades y fluidos de producción.

Mientras se incrementa la producción, las formaciones menos consolidadas empezarán a

producir con una menor tasa de gas con respecto al petróleo (RGP). El caudal de gas total

empezará a incrementarse a medida que la tasa de producción aumenta, porque se libera

producto de la caída de presión.

Una de las principales preocupaciones en sistemas estratificados es el flujo cruzado que

puede ocurrir si los fluidos del reservorio son producidos de capas con potenciales

diferentes o presiones transformadas a la profundidad de interés. (Guo, 2011)

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Al construir una IPR compuesta de un reservorio estratificado se establece una curva que

será la combinación de las IPR de cada estrato, como se muestra en la Figura 5.

Siempre y cuando no exista flujo cruzado reflejará la tasa real de producción, caso

contrario el flujo cruzado afectará al construir una curva IPR compuesta dado que se sobre

estimará la producción de las capas.

Figura 5. IPR compuesta en reservorio estratificado

Fuente: (Qasem, Malallah, Nashawi, & Mir, 2012)

Según (Guo, 2011) , para considerar una IPR compuesta se debe asumir:

En las capas del reservorio prevalece flujo pseudo estacionario.

Los fluidos de las formaciones son similares o compatibles.

Las pérdidas de presión en el pozo entre estratos son despreciables.

Las IPR de cada estrato son conocidas

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2.9 Relación entre presiones de reservorio y niveles de fluido

Figura 6. Relación entre niveles y presiones dinámicas

Fuente: (ADEN, 2015)

Al producir un pozo el nivel del líquido en el mismo es equivalente a su Pwf, cuando el

caudal es 0 el nivel del fluido se ecualiza hasta que la presión hidrostática de la columna

equivale a la presión estática del reservorio (Pws), al ser inversamente proporcional, a

mayor producción la presión de fondo fluyente será menor y el nivel disminuirá de la

misma forma, tal como se muestra en la Figura 6.

2.10 Sistema de levantamiento artificial

Cuando la presión de reservorio es superior a la presión de fondo fluyente crea el

diferencial de presión necesario para empujar los hidrocarburos hacia el pozo y hacia

superficie. Pero a medida que la presión de reservorio disminuye por efectos de la

producción misma, decae también la presión diferencial.

Para reducir la presión de fondo fluyente o incrementar el diferencial de presión, se hace

necesario implementar un sistema de levantamiento artificial. Los sistemas de

levantamiento artificial son considerados como recuperación primaria y se utilizan hasta

llegar al límite económico de producción, o cuando el corte de agua es demasiado

elevado.

Están conformados por equipos de subsuelo y de superficie, los mismos que se encuentran

diseñados de acuerdo con las condiciones de cada yacimiento, características del fluido,

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características físicas del pozo, problemas esperados, productividad del pozo,

consideraciones de equipo disponible en superficie y costo de operación.

La selección del sistema de levantamiento artificial se debe realizar partiendo de un

análisis técnico y económico de cada uno de los sistemas factibles, analizando los costos

futuros de operaciones y mantenimiento que corresponden a los métodos durante la vida

productiva del pozo.

2.11 Bombeo hidráulico

Es un sistema de levantamiento artificial cuya energía es transmitida hidráulicamente

desde las unidades de poder en superficie hasta la bomba de fondo. El principio

fundamental para este tipo de bombeo es la “Ley de Pascal” que menciona que “la presión

ejercida sobre un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes

indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los

puntos del fluido”. El uso de este principio permite transmitir la presión desde un sistema

superficial central a través de una tubería llena de líquido a cualquier número de puntos

debajo de la superficie en un pozo. (Guerron & Robalino, 2013).

2.11.1 Principio de operación

Funciona con una bomba de fondo de pozo y una bomba de superficie que presuriza el

llamado fluido motriz, enviándolo hacia la bomba de subsuelo a alta presión y caudal,

el fluido motriz se inyecta por la tubería de producción y por el espacio anular entre la

tubería de producción y la tubería de revestimiento, se produce el fluido de retorno que

corresponde a la mezcla del petróleo y el fluido motriz , en el caso de un sistema de

producción abierto, caso contrario la producción de petróleo y el fluido motriz

retornarán a superficie por tuberías por separado.

2.11.2 Fluido motriz

El éxito operacional y rentabilidad del sistema de bombeo hidráulico depende en gran

parte de la calidad del fluido motriz que se inyecte y, por ende, el sistema de tratamiento

que se utiliza en superficie. La presencia de gas, sólidos, o materiales abrasivos afecta

directamente a la operación desgastando los equipos tanto de superficie y de subsuelo,

reduciendo su vida útil.

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De manera general el fluido motriz puede ser agua o crudo con la cantidad más baja

posible de gas y sólidos, cuyo tratamiento y acondicionamiento es en base a la

disponibilidad y aditivos químicos que benefician la vida útil de la bomba de subsuelo.

Por lo tanto, se debe realizar un análisis periódico del fluido motriz con el fin de llegar

a una mejor operación.

Para seleccionar el tipo de fluido motriz se debe tener en cuenta varias consideraciones:

El uso de crudo como fluido motriz, reduce el mantenimiento de las bombas de

superficie debido al bajo módulo de compresibilidad del petróleo, haciendo que las

vibraciones que afectan a los equipos de superficie sean menores, alargando su vida útil.

La utilización de agua como fluido motriz, es ideal, al realizar pruebas de pozos para la

producción de petróleo, debido a que todo el fluido de retorno corresponde al fluido

producido.

Si se utiliza crudo como fluido motriz se debería sustraer el petróleo producido,

generando así errores, sobre todo en pozos con alto corte de agua donde la tasa de fluido

motriz es mayor, con respecto a la producción neta.

La baja viscosidad del agua aumenta la eficiencia en el bombeo hidráulico tipo jet

cuando las características tubulares hacen que exista un sistema de alta fricción.

El uso de agua en sistemas abiertos implica mayor tratamiento, aumentando costos de

operación.

Usualmente, la presión requerida por las bombas de superficie es menor al utilizar

agua.

2.11.3 Tipo de sistema

Existen dos tipos de sistemas para el manejo del fluido de potencia.

Sistema cerrado: el fluido de motriz no se mezcla con los hidrocarburos a producir.

Sistema abierto: el que el fluido motriz se mezcla con la producción.

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Para el sistema hidráulico tipo pistón se puede utilizar sistema cerrado o abierto, sin

embargo, en el tipo jet es necesario la mezcla del fluido motriz con la producción para

que haya producción de hidrocarburos.

2.11.4 Elementos de superficie

Tubería de alta y baja presión

Son usadas para transportar el fluido motriz hasta el pozo, y de igual manera para el

retorno de la mezcla hasta la estación, esta tubería soporta hasta 5000 psi, mientras las

tuberías de baja presión tienen resistencia entre 500–800 Psi. (Sertecpet,2017).

Unidad de potencia

Esta unidad se encuentra constituida por una bomba reciprocante triplex o quintuplex

comúnmente, accionada por un motor eléctrico o de combustión interna, y proporciona

la potencia necesaria para inyectar fluido motriz.

Múltiple de distribución o manifold

Arreglo de válvulas reguladoras de flujo, y/o válvulas reguladoras de presión; las

primeras controlan el volumen del fluido motriz inyectado, sin importar la presión de

operación que se tenga, y las segundas permiten controlar automáticamente dicha

presión de operación. (Guerron & Robalino, 2013).

Están provistos de medidores de desplazamiento positivo o turbinas que permiten

determinar el volumen de fluido motriz que se va a inyectar, permite regular el fluido

que proviene de la bomba superficial.

Cabezal de pozo

Arreglo de válvulas, que tiene comunicación directa con el tubing y el casing, con las

líneas de inyección y producción, cuya función principal es determinar el

direccionamiento de cualquier fluido dentro del pozo.

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Separador

Utilizado para separar el fluido de retorno: gas, petróleo y agua, dado que la producción

de petróleo implica inevitablemente la mezcla de fluido motriz y fluido producido, por

lo que es necesario realizar una separación.

2.11.5 Elementos de fondo

Cavidad

Corresponde al lugar donde se aloja la bomba y es un conjunto de extensiones, camisas

y acoples con agujeros dispuestos de manera especial para determinado tipo de bomba.

Bomba de subsuelo:

Provee al fluido la energía necesaria para que llegue hasta superficie.

Standing valve

Es una válvula de fondo, tipo check, es decir de un solo sentido permitiendo únicamente

el flujo desde el fondo hasta superficie y cuyo cierre estará dado por el peso de la

columna hidrostática en el pozo.

Camisa

Su función principal es permitir la comunicación del espacio anular con el tubing y

viceversa. Se utilizan además cuando en un mismo pozo se tiene varias zonas

productoras, permitiendo seleccionar la zona o arena de la cual se desea producir,

mediante la apertura o cierre de las mismas.

2.12 Bombeo hidráulico tipo jet

El bombeo tipo jet es una variante del bombeo hidráulico, que debido a su durabilidad y

flexibilidad ha aumentado su aplicación. Los caudales de producción y fluido motriz en

las bombas jet se controlan mediante una configuración de nozzle y garganta. Diferentes

configuraciones geométricas (áreas internas de nozzle y garganta) permiten manejar

diferentes caudales de inyección y producción.

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36

2.12.1 Principio de funcionamiento

La bomba hidráulica tipo jet utiliza el principio del Tubo Venturi, el cual fue creado por

el fisico italiano Giovanny Venturi, que menciona que: “un fluido en movimiento dentro

de un conducto cerrado disminuye su presión cuando aumenta la velocidad al pasar por

una zona de sección menor”, es decir el fluido motriz se encarga de transformar su energía

potencial en energía cinética, por el paso a través de un área reducida. El fluido motriz es

accionado a altas presiones hasta la bomba de subsuelo en donde pasa por medio de la

boquilla o “nozzle”, transformándose en un chorro de gran velocidad y baja presión que

permite una succión de los fluidos del yacimiento.

Esta presión de succión permite que los fluidos del yacimiento suban hacia la bomba entre

el espacio de la boquilla y la garganta a un caudal deseado. Por lo tanto, los fluidos del

yacimiento entran en contacto con el fluido motriz y son arrastrados por el efecto de la

velocidad llegando a la sección de área constante o garganta “throat” donde se produce la

mezcla, en esta sección la velocidad y la presión se mantienen constante. Ver Figura 7.

Figura 7. Principio de Operación de una Bomba jet.

Fuente: (Tech-Lo Consulting, 2014)

Finalmente, esta mezcla de fluidos al terminar la sección constante pasa a través del

difusor iniciando un cambio de área, donde la velocidad disminuye y la presión aumenta

a medida que el área va aumentando. Esta presión final deber ser capaz de levantar la

mezcla de fluidos hasta superficie.(Clark & Kosmicki, 2014).

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Figura 8. Esquema de funcionamiento bomba jet.

Fuente: (Tech-Lo Consulting, 2014)

Para evitar la cavitación considerando una eficiencia máxima de la bomba, se requiere de

un nivel de sumergencia aproximado del 20%, que dependerá de la fricción de la columna

de fluido de retorno y el flujo en la línea de producción.(Kermit & Petrie, 1980).

2.12.2 Componentes de la bomba jet Claw®

La estructura es de acero resistente en ambientes severos ideal para los que pueden

presentarse en el fondo del pozo. Y sus componentes garganta y boquilla son de carburo

de tungsteno, resistente a alta temperatura y presión.

La bomba jet Claw® no contiene partes móviles y sus principales componentes se

describen en la Figura 9, a continuación:

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38

1. Fishing Neck: Cuello de pesca que se usa para recuperar y/o

asentar la bomba, desde el fondo del pozo.

2. Upper Packing Mandrel: Mandril de Embalaje Superior une

el cuello de pesca con el tubo exterior el cual contiene los

elementos sellantes.

3. Nozzle Venturi Claw® :Boquilla principal de la Bomba Jet

que transforma la Energía Potencial a Energía Cinética.

4. Nozzle Retainer: Sujetador de Boquilla es elemento que

genera la altura entre garganta o tubo de mezcla y la boquilla.

5. Throat Venturi Claw®: Garganta Venturi tubo de mezcla de

fluidos.

6. Housing Throat: Alojamiento de garganta: donde se aloja el

tubo de mezcla.

7. Difusser / Pump Jet Claw®: Difusor de la Bomba elemento

donde se transforma la energía cinética a energía potencial.

8. Discharge Body / Pump Jet Claw®: Cuerpo de descarga de

las Bomba parte donde ingresa el fluido de retorno inyección

+ producción.

9. Adapter Extension / Pump Jet Claw®: Extensión que adapta

la bomba que une el conector con el cuerpo inferior de

descarga.

10. Bottom Plug / Pump Jet Claw® Parte Inferior de la bomba

donde se alojan los elementos sellantes.

2.12.3 Tipos de bomba jet

La bomba jet puede ser de circulación directa e inversa, cuya diferencia principal radica

en la configuración y disposición del nozzle y garganta, y por tanto en la inyección de

fluido motriz, debido a que en el primer caso la inyección estará dada por la tubería de

producción y en el segundo caso la inyección se realizará por el espacio anular, como se

muestra en la Figura 10.

Las consideraciones para determinar el tipo de bomba a utilizar estarán dadas por los

intereses del cliente en cuanto a tiempo de well testing, capacidad de presión en el anular,

producción, condiciones del pozo, entre otras.

Figura 9. Partes Bomba

Jet Claw.

Sertecpet, 2017.

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Figura 10. Bomba jet Claw Directa y Reversa 2 7/8”

Fuente: (Sertecpet, 2017)

Elaborado por: Mishell Guerra

Bomba jet Claw® directa:

Se utiliza para la producción continua de los pozos y para pruebas de producción.

Se desplaza y se recupera hidráulicamente.

La Bomba jet Claw® convencional se aloja en una camisa deslizable o en una cavidad.

En pozos con tubería de revestimiento deteriorado, es recomendable utilizar solamente

este tipo de bomba, debido a que la presión de retorno por el espacio anular es baja.

Figura 11. Bomba jet Claw directa

Fuente: (SERTECPET, 2017)

Bomba jet Claw® reversa:

Este tipo de bomba se utiliza para pozos exploratorios, arenados y para recuperación de

ácidos y solventes en pozos que han recibido tratamientos, mantiene la tubería de

revestimiento aislada del fluido producido.

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Se utiliza frecuentemente para obtener datos del yacimiento en forma instantánea,

minimiza las pérdidas por fricción, por cuanto es necesario solamente desplazar los

fluidos que se ubican en la tubería de producción, para que inmediatamente se obtenga el

fluido de formación.

Esta bomba se aloja en una camisa deslizable de circulación, es desplazada y recuperada

de manera rápida y efectiva con unidad de cable delgado Slick Line a través de la tubería

de producción.

Se debe tomar en cuenta la resistencia de la tubería de revestimiento, por el fluido de

potencia a alta presión que puede causar algún daño de hacer un mal diseño.

Posee una modificación para la sujeción, que evita que la bomba se desplace por la

circulación inversa.

Figura 12. Bomba jet Claw reversa

Fuente: (SERTECPET, 2017)

2.12.4 Ventajas y desventajas

Tanto las ventajas y desventajas son las planteadas por Sertecpet S.A, tras su larga

trayectoria, y su curva de aprendizaje de más de 15 años de aplicación del sistema de

levantamiento artificial tipo Jet, en el Oriente Ecuatoriano, como se indica a

continuación:

Ventajas

Las bombas tipo jet son suficientemente flexibles en cuanto a trayectorias de pozos,

pueden ser implementados en pozos horizontales o direccionales.

No contienen partes móviles, y pueden ser fabricadas con aleaciones de altas

resistencias, resistentes a la corrosión para pozos con gran contenido de sólidos y fluidos

corrosivos o abrasivos.

Es bueno en aplicaciones tempranas de producción debido a que manejan altos

volúmenes de fluido, además de los grandes contenidos de gas y de sólidos.

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Puede ser aplicada de manera confiable en pozos cuyo ambiente de producción sean de

altas temperaturas, incorporando elastómeros de resistencia para los elementos de

sellado.

Ideal cuando se aplica fluido motriz a altas temperaturas para la recuperación de crudos

viscosos o con bajo grado API, por su resistencia a altas temperaturas.

Se puede reducir la viscosidad del crudo pesado mediante el uso de un solvente efectivo

como fluido motriz, sin afectar la bomba de subsuelo.

Pueden ser utilizados con éxito en pozos off-shore donde la intervención de otro

mecanismo de bombeo suele ser muy costosa.

Proporcionan una recuperación rápida y rentable de fluido.

Tiene 483 combinaciones posibles de la geometría.

Puede realizar cierre en fondo para restauración de presiones.

No requiere de varillas o cables eléctricos para la transmisión de potencia a la bomba de

subsuelo.

La bomba jet tiene un tiempo bastante bajo en tareas de mantenimiento, en relación a

otros sistemas de levantamiento artificial.

Desventajas

Tienen una máxima eficiencia con un valor del 33%.

Es susceptible a la creación de emulsiones, dificultando así su proceso de tratamiento

en superficie y por ende mayor consumo de demulsificantes.

Alto riesgo por el manejo de altas presiones en las instalaciones de superficie.

Limitaciones en el fluido motriz dado por la bomba de desplazamiento positivo en

superficie.

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2.12.5 Comparación entre el bombeo hidráulico jet y otros sistemas de levantamiento

artificial

El Instituto Francés del Petróleo realizó un análisis comparativo técnico-económico

entre los sistemas de bombeo eléctrico, gas-lift, bombeo hidráulico (pistón y jet), y

bombeo mecánico (Corteville, 1987). Para el estudio se calcularon los parámetros de

operación y costos asociados a cada sistema bajo las siguientes condiciones:

Producción on shore con las bombas instaladas a 1500 m de profundidad.

Petróleo con una densidad de 850 kg/m3, viscosidad de 0.006 Pa.seg.

Corte de agua de 30%.

2.12.6 Eficiencia mecánica de la bomba jet

La eficiencia de la bomba jet está definida como la relación entre el incremento de

presión impartido al caudal producido y la pérdida de presión del caudal inyectado. Para

la producción de fluidos en fase líquida la eficiencia de la bomba jet se calcula con la

siguiente ecuación (Grupping, 1988):

Ƞ = [(Pdescarga – Pintake) * Qproducido] / [(Pinyección – Pdescarga) * Qinyectado]

La eficiencia de la bomba jet está en el rango de 26 – 33%, sin embargo, en condiciones

de laboratorio se han conseguido eficiencias de hasta el 40% (Mallela, 2011) (Corteville,

1987).

La eficiencia depende de los parámetros geométricos de la bomba jet, de las propiedades

de los fluidos y del nivel de productividad del pozo (Winoto, 2000). El software de

selección y optimización de bombeo hidráulico jet, SYAL se puede utilizar para analizar

estas variables y elegir el conjunto boquilla-garganta óptimo para cada caso.

2.12.7 Rangos de operatividad

Los rangos de operatividad están determinados por las condiciones de operación y

tiempo que el sistema de levantamiento se encuentra en funcionamiento, sin embargo,

como condiciones generales, el consejo de desempeño e investigación de levantamiento

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artificial (por sus siglas en inglés, ALRDC), determina los siguientes parámetros de

operación generales, para bombeo hidráulico tipo Jet.

Tabla 1. Rangos de operatividad.

Profundidad Hasta 20000 ft

Producción 50 BFPD – 4000 BFPD

Temperatura máxima 500 °F

Tiempo de intervención del pozo 3 horas

Tiempo de reparación de la bomba 15 minutos

Tipo de alojamiento Camisa, cavidad, coiled tubing

Mantenimiento de la bomba Hidráulico, wireline

Desviación ≤25/ 100 ft

Gravedad de fluido > 6 °API

Manejo de gas Bueno

Disponibilidad de equipos Nacional

Eficiencia 10% - 30%

Fuente: (ALRDC, 2017)

2.12.8 Instalaciones de subsuelo

Normalmente las instalaciones de las bombas hidráulicas tipo jet son adaptables a casi

cualquier configuración mecánica disponible, está conformada principalmente por un

BHA, por una camisa o cavidad donde la bomba será alojada, y el tubing y casing que

sirven de conducto del fluido tanto motriz como de producción hacia superficie, la

configuración relativamente sencilla que esta bomba requiere es otra de las ventajas en

cuanto a tema de completación de pozos.

2.12.9 Software para diseño de bombeo hidráulico tipo Jet

La empresa Sertecpet S.A, como parte del know how que emplea para el desarrollo de

soluciones para sus clientes, desarrolló dos softwares con el objetivo de diseñar la

geometría.

El software Claw Pump® es un sistema útil y muy práctico para calcular el índice de

productividad de pozos petroleros y seleccionar la mejor geometría de la garganta y

nozzle de acuerdo a varios parámetros de ingreso.

El software tiene una interface que permitirá crear reportes entregables al cliente, por lo

que inicia desde la creación de un proyecto con información general como: compañía,

pozo, reservorio, representantes del cliente y de Sertecpet, la fecha, tipo de pozo y de

fluido.

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Posterior a ello, se continua con el ingreso de datos PVT, donde se incluyen: Presión y

temperatura de reservorio, corte de agua, gravedad especifica del gas y agua, gravedad

API, Producción diaria, el tipo de correlación PVT para el cálculo de la presión de

burbuja o RGP, según corresponda, y la composición de la mezcla (agua, gas, petróleo).

Después de completar los campos requeridos por PVT, se inicia con los datos para

generar las IPR, donde se podrá utilizar tanto Multitasas, como Vogel y Compuesta,

caudales y presiones serán requeridos en este módulo, así como profundidades.

Finalmente, para la selección de la bomba se deberá incluir los datos que describen los

parámetros de funcionamiento, como: tipo de fluido motriz, presión de inyección y

gravedad especifica del fluido motriz, caudal de producción deseada, presión de entrada

a la bomba, longitud de la línea de flujo, la vía de inyección (directa o reversa), diámetro

interno de la tubería, diámetro externo de la tubería, y profundidad de las perforaciones.

Todos los datos de entrada mencionados permitirán elegir tanto las simulaciones en

presión fluyente fija, como en presión de inyección fija, de tal forma que al realizar las

combinaciones boquilla garganta, se pueda determinar la mejor geometría.

Sertecpet incluye en su software diversos cálculos, de los cuales son pertinentes al

presente estudio, a continuación mencionados:

Cálculo de Nivel dinámico

Para realizar el cálculo de nivel dinámico se toma en cuenta la gravedad específica del

agua, mediante su salinidad, la gravedad especifica del petróleo, para obtener una

gravedad especifica de la mezcla y con esto un gradiente de la mezcla, este último

resultado en combinación con la presión fluyente permite obtener el nivel dinámico en

el pozo.

𝛿𝑤 = 1 + (0,00000695 ∗ 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑝𝑝𝑚 ∗ 0,998859) (5)

𝛿𝑜 = 141,5

131,5 + 𝐴𝑃𝐼 (6)

𝛿𝑚 = 𝛿𝑜 ∗ (1 − 𝐵𝑠𝑤) + 𝛿𝑤 ∗ 𝐵𝑠 (7)

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𝛾𝑚 = 0,433 ∗ 𝛿𝑚 (8)

ℎ𝑚 =𝑃𝑤𝑓

𝛾𝑚 (9)

*Los valores: 0,00000695 y 0,998859 corresponden a ecuaciones de regresión para

estimar la gravedad específica del agua a partir de la salinidad. (Mallela,2011)

*Gradiente de presión hidrostática normal para el agua dulce es de 0,433 psi/pie.

Dónde:

δw: Gravedad específica del agua, [adim]

δo: Gravedad específica del petróleo, [adim]

δw: Gravedad específica de la mezcla, [adim]

γm: Gradiente de la mezcla, [Psi/ft]

hm: Nivel dinámico a condiciones fluyentes, [ft]

Presión en la boquilla

De acuerdo a Brown, K., 1980, para una bomba jet convencional, sea de circulación

directa o reversa, la presión en la boquilla se calcula mediante la siguiente fórmula:

𝑃𝑁 = 𝑃ℎ + 𝑃𝑖𝑛𝑦 − 𝑝𝑓 (10)

Dónde:

PN: Presión en la boquilla, [Psi]

Ph: Presión Hidrostática de superficie hasta reservorio, [Psi]

Piny: Presión de inyección, [Psi]

pf: Pérdidas por fricción, [Psi]

*Las pérdidas por fricción son calculadas directamente por el software de bombeo

hidráulico utilizado.

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Área de la boquilla

El área de la boquilla se encuentra en función de la presión en la misma, presión de

succión, gradiente y caudal del fluido, como se muestra a continuación, (Brown, K.,

1980):

𝐴𝑛 =𝑄𝑛

832 ∗ √𝑃𝑛 − 𝑃𝑠𝐺𝑠

(11)

Dónde:

Pn: Presión en la boquilla, [Psi]

Ps: Presión de succión, [Psi]

Gs: Gradiente del fluido, [Psi/pie]

Qn: Caudal en la boquilla, [bls/d]

2.12.10 Cavitación en la bomba Jet

La cavitación se produce cuando la presión del fluido producido en la garganta o cámara

de mezclado, es menor que la presión de vapor del fluido bombeado debido a que esta

presión es la mínima que se puede presentar en la garganta sin que sufra un daño en la

integridad del material del cual está fabricada (Corteville, 1987).

Figura 13. Análisis nodal bomba jet, Rango de cavitación.

Fuente: (Sertecpet S.A, 2017)

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La consideración de que el caudal de cavitación se encuentre sobre el 25% del caudal de

producción deseada es un margen de seguridad que se ha tomado como referencia de la

curva de aprendizaje de la bomba Jet Claw®, pertenece a las buenas prácticas para el

diseño de bombeo hidráulico tipo jet con bombas Jet Claw® y permite tener un rango

operacional para evitar una cavitación temprana de la bomba.

El margen del 15 al 25%, asegura que la velocidad del fluido sea lo suficientemente baja

para evitar la cavitación, pero es adecuada para el caudal de producción con el que se

hace el diseño de la bomba Jet, cumpliendo con el principio de Corteville, 1987.

2.13 Sistemas de levantamiento artificial combinado

Conocidos también como sistemas de levantamiento híbridos, su objetivo principal es

aprovechar al máximo las ventajas de cada sistema que se vaya a combinar, reduciendo

las limitaciones, obteniendo mayores beneficios en cuanto a producción y rentabilidad se

refiere.

Los sistemas combinados brindan mayor flexibilidad operacional, debido a que siempre

se va a contar con un sistema de levantamiento de respaldo en el caso de ocurrir alguna

falla al sistema primario.

Existen varias combinaciones posibles, como:

Bombeo electrosumergible con bombeo de cavidades progresivas

Bombeo electrosumergible con bombeo mecánico

Bombeo electrosumergible e hidráulico

Bombeo mecánico e hidráulico

Gas lift con bombeo hidráulico.

Entre las combinaciones de sistema de levantamiento hidráulico tipo jet se tiene:

Sistema de levantamiento hidráulico jet con levantamiento artificial mecánico

Este tipo de sistema requiere del equipo de bombeo mecánico e hidráulico tipo jet y una

empacadura, el sistema de bombeo jet es de doble tubería con circulación inversa.

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El sistema de levantamiento tipo jet constituye un sistema primario que elevará el fluido

hasta cierto nivel, el fluido motriz es inyectado por el anular.

Dado que el bombeo hidráulico jet es un proceso continuo, mientras que el Bombeo

mecánico es un proceso cíclico, se debe asegurar que el sistema sea eficiente y que ambos

sistemas funcionen de manera coordinada. (Pérez, 2015).

Existe además la posibilidad de utilizar únicamente uno de los sistemas de bombeo como

el bombeo mecánico, y después de que este deja de ser rentable sacar sus componentes y

utilizar el bombeo hidráulico tipo jet, con la ventaja de no tener que emplear un taladro

de reacondicionamiento, ya que es requerido un camión varillero de menor costo y mayor

facilidad de operación.

Figura 14. Configuración del Sistema BHJ-BM

Fuente: (Pérez, 2015)

Empacadura

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Sistema de levantamiento hidráulico jet con BES.

Es un sistema y método que permite a los fluidos ser bombeados desde dos zonas por

separado, donde el intake de la bomba electrosumergible se ubica en la primera arena de

donde se tomará el fluido de producción, este fluido es descargado hacia la bomba jet que

se encuentra en una zona superior del pozo. (Hughes, Anderson, Russell, and Thompson,

2001).

Este tipo de sistema de levantamiento artificial híbrido aparece con la explotación de

pozos offshore a grandes profundidades, donde existe una línea extensa desde la cabeza

del pozo en aguas profundas, con esta distancia se necesita que la presión se mantenga lo

suficientemente alta para superar las pérdidas de presión por fricción. (Carvalho, Podio,

and Sepehrnoori, 1998).

Figura 15. Configuración para Sistema ESJP

Fuente: (Huges, et al. 2001)

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Las bombas tipo jet para levantamiento artificial suelen tener un inconveniente y es que

la presencia de gas libre desgasta rápidamente la garganta, en el caso del sistema de

levantamiento artificial híbrido, la bomba electrosumergible levanta el fluido y el gas que

no ingresa a la bomba, por la velocidad a la que es impulsado el gas continúa en solución.

Uno de los grandes beneficios de esta combinación es que el gas separado de la bomba

vuelve a estar en solución al ingresar a la bomba jet. Como se muestra en la Figura 16.

Figura 16. Diagrama de levantamiento artificial ESJP

Fuente: Carvalho et al. (1998)

Sistema de levantamiento hidráulico jet con Sistema de levantamiento artificial con

gas (SLAG)

Uno de los sistemas de levantamiento de mayor aceptación en la producción de pozos no

convencionales alrededor del mundo es el levantamiento artificial por gas, SLAG, (Gas

Lift), sin embargo en algún momento el gradiente de flujo es demasiado alto para que el

sistema logre vencer la presión, lo que ocasiona tiempos no productivos durante la

operación, es por eso que incorporar una camisa entre el mandril más profundo de gas y

el packer, como se muestra en la Figura 17, permite alojar una bomba jet que se usa de

back up y es una alternativa efectiva y económicamente beneficiosa.

Nozzle

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Pino et al. (2016), mencionan que, la bomba jet de back up sirve principalmente en 3

escenarios y son:

a) Al descargar fluidos de fractura antes de comenzar la producción con gas lift.

b) Para restaurar la producción después de una interrupción inesperada del sistema de

compresión de gas lift.

c) Al producir un corte de agua mayor al esperado.

Figura 17. Completación híbrida Gas-Lift & bomba jet

Fuente: (Pino, Pugh, & Hubbard, 2016)

2.14 Manejo de agua

El petróleo que se extrae de uno o más pozos productores, viene acompañado de agua de

formación y gas natural.

El agua proveniente de la producción de petróleo, se separa y recibe un tratamiento en

superficie, luego de lo cual se puede volver a inyectar en pozos reinyectores o inyectores,

utilizando bombas de superficie.

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Una de las alternativas planteadas por Sertecpet S.A, es utilizar el agua a alta presión

como fluido motriz para la producción de hidrocarburos con el sistema de bombeo

hidráulico jet Claw®. Las ventajas se traducen en ahorro se energía y reducción de costos.

El objetivo radica en utilizar el agua de formación a alta presión de un sistema de

reinyección de agua como fluido motriz para el sistema de levantamiento artificial

hidráulico con bomba jet Claw®.

2.15 Completación de pozos

Comprende la elección y diseño adecuado de los componentes mecánicos y equipos de

subsuelo necesarios del pozo de acuerdo con condiciones y parámetros del mismo; cuyo

objetivo principal es la producción de hidrocarburos, garantizando el desempeño

operativo, productivo, de un pozo, de manera segura, eficiente y rentable.

El objetivo de las completaciones va desde drenar las reservas de hidrocarburos, como

objetivo principal, hasta otras funciones como monitorear condiciones del yacimiento,

inyectar y disponer de efluentes líquidos, sólidos o gas.

Según Allen y Roberts (1982), al ser la completación del pozo la única comunicación de

superficie con el reservorio, su efectividad representa un factor muy importante en el

drenaje del reservorio, así como en la rentabilidad del pozo.

2.15.1 Consideraciones

Múltiples reservorios

Tener varios horizontes productores atravesados por un mismo pozo comprende

también múltiples completaciones en un solo pozo, conformado por empacaduras y

camisas que permitan la producción conjunta o selectiva.

Recuperación secundaria

Los sistemas de recuperación secundaria requieren una completación que provea un

conducto eficiente y selectivo para la inyección y producción.

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Equipos de subsuelo

Son todos los componentes que se bajan con la tubería de producción y permiten la

producción del pozo, dependen de los requerimientos operacionales del pozo, estos

pueden ser equipos de completación (Niples de asiento, empacaduras, crossover,

válvulas de seguridad, unidades de sello, localizadores, equipos de control de flujo

(tapones, chokes, standing valves) y equipos de producción (camisas de producción y

circulación, bombas, mandriles), entre otros.

2.15.2 Tipos de completaciones

Completaciones sencillas

Se aplica donde existe una o más zonas de un mismo yacimiento, donde los intervalos

productores han sido cañoneados previo a la corrida de la completación. Los objetivos

principales serán: producir selectivamente las zonas productoras y aislar zonas de gas y

agua. Existen dos tipos de completaciones sencillas detalladas a continuación.

Completaciones sencillas convencionales

Es el tipo de completación menos compleja, utilizada en la producción de una sola zona,

a través de la tubería de producción, controlando la producción con una mínima

inversión en cuanto a equipos. Los componentes básicos son la sarta de producción y

empacaduras, este último es utilizado en el caso de que el pozo requiera un sistema de

levantamiento artificial sea electrosumergible o hidráulico.

La complejidad de la completación es determinada según los objetivos planteados de

intervención del pozo como también los requerimientos funcionales. Se debe considerar

tales opciones durante la fase inicial del diseño. (Lake, 2007).

Completaciones sencillas selectivas

Son empleadas para completar dos o más zonas de interés en un mismo pozo,

permitiendo producir selectivamente de cada zona, en lugar de hacerlo de manera

simultánea. Se puede realizar empleando una completación sencilla con Y-tool en la

parte superior y un ensamblaje de fondo con empaquetaduras y camisas deslizables. Las

empacaduras permitirán el aislamiento de las zonas y las camisas colocadas entre

empacaduras brindarán la posibilidad de escoger el intervalo a producir.

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El número de empacaduras y camisas en este tipo de completación dependerán

exclusivamente de las zonas que se desee producir. Por lo general sobre la última

empacadura se coloca una camisa para fines de circulación. Las camisas colocadas en

las zonas productoras son llamadas de producción mientras que la camisa sobre el

packer superior se denominará de circulación. En el sistema de levantamiento artificial

hidráulico tipo jet la camisa de circulación será la cavidad que aloje la bomba jet.

Para seleccionar las diferentes zonas se procederá a la apertura y cierre de las camisas

según la disposición que se desee dar a las mismas, esto se puede realizar con la ayuda

de una unidad de cable de acero o Slickline junto a un shifing tool.

Completaciones múltiples selectivas

Se utilizan en la producción de dos o más zonas y con dos o más tuberías de producción,

para separar la producción, el fluido proveniente de una zona circulará por el espacio

anular, mientras que el correspondiente a la segunda zona lo hará por la tubería de

producción. Es decir, con la ayuda de tuberías y empacaduras, las zonas de interés se

producen simultáneamente y por separado.

Completaciones híbridas

Se utilizan cuando existen sistemas combinados de levantamiento artificial, de manera

que proveen los equipos necesarios para que los sistemas de levantamiento puedan

funcionar correctamente.

2.15.3 Herramientas de fondo

Las herramientas y accesorios de fondo proveen las condiciones necesarias para llevar

el fluido de producción de forma eficiente y segura a superficie, dentro de las

completaciones existen muchas herramientas disponibles de acuerdo a las necesidades

y condiciones del pozo, a continuación, se realiza una descripción general de

herramientas de fondo pertinentes al estudio:

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Camisas

Camisas de circulación

Se colocan sobre la primera empacadura. Permite o restringe la circulación de fluido entre

el anular del revestidor y la tubería de producción o viceversa. La apertura y cierre se

realiza con guaya. Además, es empleada para alojar la bomba jet, en sistema de

levantamiento artificial hidráulico, para pruebas o producción de pozos.

Se pueden usar para inyectar a través del anular un fluido liviano que permita desplazar

el fluido de completación y aligerar la columna de fluido. Se coloca en la tubería de menor

diámetro y en caso de no tener mandriles de gas lift se pueden usar para la inyección de

gas.

Figura 18. Camisa de circulación

Fuente: (SERTECPET, 2017)

Camisas de producción

Se encuentra ubicado en la zona de la arena productora, no en frente, si no, por encima

o por debajo de forma que los fluidos no lleguen directamente a la camisa de producción

pudiendo ocasionar flujo turbulento en la cara de la camisa y como consecuencia una

posible obstrucción al paso de fluidos.

Lower Sub

Upper Sub

Closing assembly

Housing

Sleeve

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Tabla 2. Especificaciones camisas tipo SL

Fuente: (Sertecpet, 2017)

Empacaduras

Es una herramienta de fondo que provee un sello entre la tubería de producción y el

espacio anular, permite un flujo eficiente de fluidos de producción e inyección, protege

la tubería de revestimiento del contacto con fluidos corrosivos y del estallido bajo

condiciones de alta producción o presiones de inyección excesivas, puede utilizarse como

un sistema de anclaje y soporte de la tubería y aíslan zonas de producción en

completaciones múltiples.

Y Tool

Figura 19. Y Tool

Fuente: (Centrilift, 2008)

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57

Es una herramienta de producción que permite intervenir el pozo con cable o tubería

flexible, bajo el equipo electrosumergible, en cualquier punto de la producción sin tener

que sacar la sarta o afectar el equipo electrosumergible.

Se instala en la tubería de producción y provee al pozo de dos conductos separados, el

uno permite el acceso al reservorio debajo del equipo BES y el segundo que soportara el

equipo electrosumergible.

Es útil para el monitoreo de movimiento de agua, circulación del pozo, aplicación dirigida

de ácidos, registros de información, optimización de la producción, completaciones en

configuración múltiple, entre otros. (Peñafiel Sánchez, 2011).

On Off tool

Es una herramienta para el acople y desacople de la tubería de producción sin desasentar

la empacadura. Soporta aproximadamente 10000 psi de presión diferencial, comparable

con el rango de tensión del tubing N-80, no tiene componentes soldados, y su perfil acepta

accesorios de control de flujo.

Figura 20. On Off Tool

Fuente: (Centrilift, 2008)

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3. CAPÍTULO 3

METODOLOGÍA

La metodología del presente estudio técnico, describe el tipo de estudio, detalla la

secuencia y el desarrollo del mismo, el universo y muestra sobre el que se aplicará el

estudio junto con las herramientas para la recopilación de información y datos para su

posterior procesamiento y análisis.

En la Figura 21 se detalla la secuencia para el desarrollo de este proyecto.

Figura 21. Metodología de trabajo

Elaborado por: Mishell Ariana Guerra B.

3.1 Tipo de estudio

El presente estudio técnico es de tipo proyectivo, que permitirá, proponer un sistema

auxiliar de levantamiento artificial hidráulico tipo jet para aprovechar la energía de fondo.

Es de tipo descriptivo, ya que establece las condiciones para el aprovechamiento de

energía de fondo en la producción de petróleo con bombeo hidráulico tipo jet, realizando

la selección de pozos que cumplan con los parámetros para la aplicación de esta nueva

bomba mediante un análisis de factibilidad técnica, sustentado en la recopilación de

información obtenida de datos propios de los pozos seleccionados, tesis, recursos web

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gráficos, artículos científicos, conceptos y criterios de documentos publicados y

referenciados con el fin de consolidar el aporte teórico.

Finalmente, es evaluativo porque analiza el impacto técnico en la producción de un pozo

mediante un sistema de bombeo hidráulico auxiliar tipo jet, usando fluido propio del pozo

como fluido motriz y compara el escenario de producción actual de los pozos, con el

modelamiento teórico del sistema auxiliar tipo jet.

3.2 Universo y muestra

El universo se encuentra constituido por 16 pozos de petróleo, que conforman una

muestra académica para el presente estudio técnico, los cuales fueron seleccionados de

acuerdo a la configuración mecánica de los mismos, y consideraciones de características

propias del yacimiento, la muestra del estudio está conformada por 2 pozos aptos para el

sistema auxiliar tipo Jet, de acuerdo a la información disponible para análisis y

modelamiento teórico del mismo.

3.3 Instrumentos de recopilación de información y datos

Se determinará criterios de recolección de datos mediante la utilización de matrices y

Excel para el manejo efectivo de la información. Los datos provienen de la información

proporcionada por la empresa Sertecpet S.A y revisión bibliográfica.

3.4 Procesamiento y análisis de información.

Para el manejo óptimo de los datos se empleará: hojas de cálculo de Excel con el fin de

establecer los criterios de completación, índices de producción y parámetros adecuados

para la selección de pozos, así como la simulación de un escenario de operación para el

uso del sistema auxiliar de bombeo tipo jet utilizando la energía de fondo.

Como soporte para la elaboración de la tesis se utilizará los siguientes programas que le

pertenecen a la empresa Sertecpet S.A: CLAW PUMP y SYAL.

El software Claw Pump® es un sistema útil y muy práctico para calcular el índice de

productividad de pozos petroleros y seleccionar la mejor geometría de la garganta y

nozzle de acuerdo a varios parámetros de ingreso, tales como: la Pr, temperatura, el

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diámetro interno de la tubería, diámetro externo de la tubería, profundidades, presiones,

entre otros.

El software SYAL® de Sertecpet está desarrollado con prácticas modernas de ingeniería

de petróleos, ingeniería hidráulica, ingeniería mecánica y ramas de la ciencia que permite

optimizar el análisis del especialista en el levantamiento artificial. Se usa para el diseño

de sistemas de levantamiento artificial de petróleo mediante bombeo hidráulico tipo jet.

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61

CAPÍTULO 4

4. DESARROLLO

A continuación, se detalla el levantamiento auxiliar tipo jet, con su funcionamiento,

parámetros de selección para los pozos donde se realizará la simulación teórica, y

finalmente la simulación del funcionamiento de la bomba jet auxiliar en dos pozos

propuestos.

4.1 Sistema de levantamiento auxiliar tipo jet

El sistema de levantamiento auxiliar tiene como objetivo utilizar un reservorio de alta

presión, para suministrar el fluido motriz para el funcionamiento de la bomba jet Claw

auxiliar y producir de otro reservorio superior del mismo pozo. Es decir, el sistema jet se

utilizará como bomba booster para alimentar un sistema de levantamiento principal.

4.2 Principio de funcionamiento

La bomba de levantamiento artificial hidráulica tipo jet auxiliar se basa en el principio de

funcionamiento de una bomba jet, directa de inyección y reversa en la producción, con la

modificación respectiva, que permite que el fluido de inyección que active la misma no

provenga de superficie, si no que utilice el caudal y presión disponibles en una arena

inferior a la productora.

El principal objetivo de la bomba jet auxiliar es aprovechar la energía disponible de fondo,

el caudal y presión provenientes de la arena contenedora de fluido motriz, ingresan como

en una bomba jet directa, es decir por el tubing, y la producción es dirigida como en una

bomba jet reversa, la bomba estará ubicada en la camisa productora de modo que se

produzca el efecto de succión a la altura del horizonte productor y la mezcla de crudo con

fluido motriz retorne por la tubería de producción hacia superficie

Todo el equipo de superficie de la bomba jet convencional se ve eliminado dado que el

fluido motriz proviene del fondo del pozo.

El esquema de flujo a través de la bomba jet auxiliar se muestra en la Figura 22, mientras

que en la Figura 23 se describe las partes principales de la bomba.

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Figura 22. Esquema de flujo bomba jet auxiliar

Fuente: (Sertecpet S.A., 2017)

Figura 23. Descripción de partes bomba jet auxiliar

Fuente: (Sertecpet S.A., 2017)

Fishing Neck

Difusor

Garganta

Nozzle

Discharge

Body

Adapter

extension

Upper Packing

Mandrell

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4.3 Parámetros de selección

Para determinar los parámetros de selección de pozos candidatos para el sistema auxiliar

de bombeo hidráulico tipo jet, se tomó en cuenta: Configuración mecánica del pozo

(completación selectiva), fluido motriz (arena contenedora de fluido o acuífero,

producción actual del pozo (características del horizonte productor) y modelamiento

teórico de funcionamiento del sistema auxiliar. Se utilizó un esquema de selección de

pozos como se muestra en la Figura 24.

Figura 24. Esquema de selección de pozos bomba auxiliar jet

Elaborado por: Mishell Guerra

4.3.1 Configuración mecánica del pozo

Para poder implementar un sistema auxiliar se requiere en primera instancia de una

completación selectiva donde se tenga principalmente dos arenas con empacaduras, la

más profunda (A), con una camisa que permita el flujo de fluido motriz que activará la

bomba de la camisa productora, y la arena superior (B), frente a la cual se ubicará la

bomba auxiliar, finalmente en la sección por encima del packer se debe tener una camisa

de circulación, como se muestra en la Figura 25.

Toda camisa por encima de la bomba auxiliar debe ser de un diámetro mayor, dado que,

de no ser así, por el perfil de anclaje y cuñas de la bomba esta se quedará en la primera

camisa.

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Figura 25. Completación simple para bomba auxiliar jet

Elaborado por: Mishell Guerra.

La configuración mecánica del pozo depende también del sistema de levantamiento

primario que se vaya a utilizar, donde se agregarán accesorios de fondo de acuerdo a lo

que se necesite.

4.3.2 Fluido motriz

Dentro de las condiciones para el funcionamiento del sistema de bombeo auxiliar está

el fluido motriz, que proviene de fondo, sea un acuífero o arena contenedora de fluido,

este fluido deberá ser caracterizado para determinar las condiciones a las cuales operará

la bomba de fondo, además sus propiedades fisicoquímicas y reológicas permitirán

simular el comportamiento de la bomba, así como determinar la compatibilidad de los

fluidos del pozo.

El utilizar fluido motriz proveniente de una formación, también implica su posterior

tratamiento en superficie, por lo que el determinar sus propiedades se hace

indispensable, sin embargo, el tratamiento y posterior disposición del fluido motriz, no

hace parte del presente estudio técnico ni de sus objetivos.

Packer

Camisa de Producción

(B)

(A)

Camisa de Circulación

Camisa de Producción

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65

4.3.3 Compatibilidad de los fluidos

La compatibilidad química de los fluidos es importante dado que puede resultar en la

precipitación de asfaltenos o escamas que obstruyen la tubería o la bomba de subsuelo,

o puede existir la formación de emulsiones, disminuyendo la productividad del pozo y

causando problemas en su vida productiva, con lo que se debe reemplazar el equipo de

fondo o aplicar un reacondicionamiento.

4.3.4 Producción actual del pozo.

La producción actual del pozo seleccionado sirve para determinar en primer lugar el

caudal que tendrá el sistema en general y además hacer una comparación efectiva, una

vez simulado el funcionamiento con el sistema auxiliar.

El comportamiento del pozo, presiones y caudales de petróleo, agua y gas, se manejarán

como en un sistema convencional determinando curvas de comportamiento del

yacimiento y de la bomba para determinar la mejor geometría de la bomba auxiliar, para

adaptarse a las características del sistema de levantamiento artificial principal.

4.3.5 Datos

La información de las formaciones seleccionadas para la aplicación del sistema auxiliar,

corresponden a datos de: presión, características del reservorio, completaciones, así

como propiedades de los fluidos. Como se muestra en la Tabla 3.

Tabla 3.Información requerida para sistema auxiliar tipo jet.

Productora Inyectora

Formación

Presión de reservorio Presión de reservorio

Presión de fondo fluyente Presión de fondo fluyente

Presión de burbuja Presión de burbuja

Caudal Caudal

Bsw Bsw

Api Api

Salinidad Salinidad

Gravedad específica del gas Gravedad específica del gas

Relación gas petróleo Relación gas petróleo

Relación de solubilidad Relación de solubilidad

Temperatura de formación Temperatura de formación

Diseño jet Producción deseada Historiales de producción

Datos mecánicos Completación/ configuración mecánica

Elaborado por: Mishell Guerra.

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4.4 Escenarios de aplicación

La bomba auxiliar de levantamiento artificial tipo jet ha sido diseñada para mejorar el

aporte en presión y caudal, asegurando el nivel dinámico del pozo, aprovechando la

energía disponible de formaciones más profundas a la productora.

Dentro de los posibles escenarios se ha considerado que pueda funcionar tal como un

sistema híbrido en combinación con bombeo electrosumergible, como con bombeo

hidráulico, así también se tomó como posibilidad de estudio utilizar la bomba auxiliar en

pozos donde se produzca el fenómeno de flujo cruzado, o en pozos someros donde trabaje

como un sistema autónomo.

Bomba jet autónoma

La bomba jet auxiliar tiene sus inicios en la propuesta de crear una bomba jet autónoma

cuya inyección proviene de un yacimiento inferior al de producción, con alta presión y

caudal que activan la bomba creando el efecto jet para proveer la suficiente presión de

descarga para llegar hasta superficie.

Esto sería aplicable, siempre y cuando los pozos sean someros, de tal forma que la presión

del yacimiento que aporta el fluido motriz, sea suficiente para vencer la presión

hidrostática, la separación entre arenas no sea extensa para evitar pérdidas de presión, y/o

pozos cuyos yacimientos que funcionan como inyectores tengan alta presión y caudal.

En la Figura 26, se muestra una completación simple para sistema hidráulico autónomo,

que consiste en tres camisas, una a la profundidad de la formación de aporte de fluido

motriz (A), una camisa de producción a la profundidad del horizonte de interés (B) donde

se alojará la bomba jet auxiliar y finalmente una camisa de circulación (C) para que la

producción llegue a superficie por tubing y/o casing.

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Figura 26. Diagrama mecánico para bomba jet autónoma

Elaborado por: Mishell Guerra

Bomba jet auxiliar con bombeo electrosumergible

Normalmente para un sistema de bombeo electrosumergible, el nivel dinámico y de

sumergencia de la bomba, son factores importantes a tomar en cuenta para mantener la

integridad de los equipos, y se calculan en base a: las presiones presentes a la profundidad

de la bomba, presión disponible del reservorio de interés y la presión de fondo fluyente,

considerando pérdidas por fricción y características de los fluidos.

La bomba jet auxiliar en combinación del bombeo electrosumergible, procura mejorar y

mantener un nivel dinámico y por ende un nivel de sumergencia mayor al que tendría el

pozo en condiciones fluyentes normales, para cuidar su integridad y asegurar su óptimo

funcionamiento, el esquema mecánico se describe en la Figura 27.

Además, conociendo que las bombas electrosumergibles no son recomendables para

utilizarlas en presencia de altas tasas de gas, lo que se permite al utilizar la bomba jet

auxiliar es crear un rango de presión, superior al punto de burbuja, donde el gas no se

liberará antes de lo que hubiera sido en condiciones normales.

Horizonte Productor

Formación de aporte de fluido

motriz

Camisa de Circulación

Camisa para

Bomba Jet Auxiliar

Camisa de Producción

(A)

(B)

(C)

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Figura 27. Diagrama mecánico para bomba auxiliar tipo jet con sistema de

levantamiento artificial electrosumergible como sistema principal

Elaborado por: Mishell Guerra

Una alternativa para utilizar el sistema auxiliar con un sistema BES, es incorporar a la

configuración una Y-tool, con un conector On-Off como se indica en la Figura 28, para

brindar mayor versatilidad en el caso de que se requiera sacar el tubing por cualquier falla

mecánica u operacional que se pudiera presentar, sin desasentar los packers, ni afectar la

completación hidráulica auxiliar de fondo.

c

Bomba Jet Auxiliar 2 3/8" x 2,31"

Motor

Bomba electrosumergible

Intake

Cable

On Off Tool

Packer

Packer

Camisa de producción

Mule Shoe

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Figura 28. Diagrama mecánico, bomba auxiliar tipo jet con sistema de levantamiento

artificial electrosumergible como sistema principal con Y-tool y On-Off

Elaborado por: Mishell Guerra

Existen muchas combinaciones de completación posibles, que dependerá de costos,

tiempo de instalación y análisis operativos según las condiciones de cada pozo, las

completaciones presentadas son alternativas que buscan reducir tiempos de intervención

y que, en el caso de falla de uno de los dos sistemas de levantamiento, evitar la necesidad

de emplear un taladro de reacondicionamiento, lo cual implica un alto costo.

De igual forma se puede utilizar la configuración con BES con Y-Tool y con una camisa

de circulación como se muestra en la Figura 29, con el objetivo de poder intervenir con

slickline la bomba auxiliar de subsuelo, sin afectar al equipo electrosumergible.

Camisa para bomba auxiliar2 3/8" x 2,31"

Packer

On Off Tool

Camisa de producción

Mule Shoe

Packer

Intake

Motor

Y Tool

Bomba Electrosumergible

Tubingr

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Figura 29. Diagrama mecánico para bomba auxiliar tipo jet con sistema de

levantamiento artificial electrosumergible como sistema principal con Y-tool.

Elaborado por: Mishell Guerra

Bomba jet auxiliar con bombeo hidráulico tipo jet

Como alternativa de uso de la bomba jet auxiliar se la puede ubicar en la camisa de

producción donde el fluido motriz que active la bomba provenga de una arena más

profunda, una vez que se produzca el efecto de succión, el horizonte de interés aportará

con fluido que al llegar a la camisa de circulación entrará en una bomba jet convencional

sea directa o reversa que permita llegar hasta superficie.

Intake

Motor

Y Tool

Bomba Electrosumergible

Camisa de circulación

Camisa para bomba auxiliar2 3/8" x 2,31"

Camisa de producción

Packer

Packer

On Off Tool

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Figura 30. Diagrama mecánico para bomba auxiliar tipo jet con sistema de

levantamiento artificial hidráulico jet como sistema principal

Elaborado por: Mishell Guerra

El diseño de la bomba auxiliar (primaria) será determinante para el dimensionamiento

de la bomba jet convencional más superficial.

La bomba jet convencional deberá manejar mayor caudal y presión que serán la presión

y caudal de descarga de la bomba jet auxiliar.

Bomba auxiliar para flujo cruzado

Normalmente en pozos con dos o más horizontes productores, se analiza si se puede

producir en conjunto o se debe hacer una producción selectiva cuando existe flujo

cruzado, perdiendo o dejando de producir de la arena de menor permeabilidad y presión

Bomba Jet Claw 3 1/2" x 2,81"

Bomba Jet Auxiliar 2 3/8" x

2,31"

Packer

Camisa de producción

Packer

Camisa de producción

Camisa de circulación

Mule Shoe

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o de menor aporte, es por ello que cuando la producción lo justifica, se busca una

alternativa que permita realizar la producción conjunta de arenas.

Entre las opciones para producir conjuntamente se encuentran completaciones duales y

concéntricas que dado el caso pueden llegar a ser muy costosas y poco rentables, tanto

por motivos de instalación de equipos en fondo y en consecuencia los trabajos de

reacondicionamiento del pozo a corto y largo plazo.

En la Figura 31, se muestra un esquema de tres arenas productoras con presiones

fluyentes P1, P2 Y P3 donde, si la presión fluyente P1 a la altura de h2, es mayor que

P2 en h2 no va a permitir el flujo del estrato, de hecho, si el diferencial de presión es

muy grande y existe comunicación con la arena de menor presión puede ocasionar que

el fluido ingrese a esta arena, ocasionando pérdida de producción y daño a la formación.

El mismo análisis se deberá hacer al siguiente yacimiento productor.

Figura 31. Esquema de flujo cruzado

Elaborado por: Mishell Guerra

El Sistema auxiliar de bombeo hidráulico tipo jet, ubicado en la arena de menor presión

permitirá crear un efecto de succión con el fluido proveniente de fondo como fluido

motriz para la bomba, que evitará el flujo cruzado haciendo un efecto de reducción de

la presión de fondo fluyente a la altura de la arena de menor presión, como se muestra

en la Figura 32, de modo que permita producir de las dos arenas, siempre y cuando se

haya justificado la producción en conjunto de los dos estratos.

P2

P1

P3

h1

h2

h3

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Presión fluyente

Presión Fluyente con bomba jet auxiliar

Figura 32. Flujo cruzado con bomba auxiliar tipo jet

Elaborado por: Mishell Guerra

4.5 Limitaciones del sistema auxiliar

Como todo sistema de levantamiento artificial al depender de condiciones propias de cada

pozo, tiene limitaciones que se podrían presentar, tales como:

Zonas con fluidos incompatibles: se debe realizar una caracterización de los fluidos y

pruebas de compatibilidad en el laboratorio, antes de ejecutar la mezcla de fluidos

mientras se produce de diferentes zonas.

Diferencias marcadas en RGL, BSW, API: siempre que se produce de dos o más zonas

en conjunto es mejor que las zonas tengan condiciones similares. Lo que no significa que

no se pueda realizar, pero se debe tomar en cuenta como un factor que altere el

funcionamiento.

Horizonte de fluido motriz sin suficiente IP: Durante el estudio se encontró que existen

pozo que poseen yacimientos que pueden ser fuente de fluido motriz sin embargo y a

pesar de tener un IP aceptable no es lo suficientemente bueno para el sistema auxiliar jet,

es por ello que de considerarse utilizar el sistema auxiliar se deberá tomar en cuenta un

posible re disparo de la arena de fluido motriz para mejorar el aporte en presión y caudal.

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Presión de burbuja del yacimiento productor: Si se produce de un yacimiento por

debajo de la presión de burbuja se debe tomar en cuenta que el rango de la cavitación de

la bomba será más cercano, lo que no significa que la bomba no operará, pero si es un

factor importante al momento del diseño.

Recuperación de la bomba: al ser una bomba jet tipo reversa tiene una cabeza de pesca

e inevitablemente tendrá que ser recuperada con unidad Slickline.

Material de la bomba: tomando en cuenta la temperatura a la que operará la bomba

auxiliar por efectos de la profundidad y para mejor funcionamiento en los casos donde el

fluido motriz sea agua de formación o a su vez emulsiones con petróleo, será adecuado

que la bomba sea de acero inoxidable y sus Chevron packing de teflón, lo que le brindará

mayor vida útil garantizando un tiempo de operación mayor.

Tratamiento de agua: La producción con una bomba auxiliar comprende una tasa mayor

de agua en superficie, misma que puede ser tratada y reinyectada con la misma potencia

de la bomba electrosumergible para un pozo cercano con bombeo hidráulico, como una

alternativa, es por ello que se debe tomar en cuenta las facilidades de tratamiento de agua

como un factor a tomar en cuenta antes de la implementación del sistema auxiliar.

4.6 Ventajas y Desventajas

El sistema auxiliar de bombeo hidráulico tipo jet tiene ventajas y desventajas entre las

cuales podemos identificar:

4.6.1 Ventajas

Provee un mayor nivel dinámico que garantiza la eficiencia operacional del sistema de

levantamiento artificial primario.

En casos de flujo cruzado si es colocado en la cara de la arena de menor presión se puede

reducir este fenómeno.

Es una alternativa para pozos profundos donde el sistema auxiliar funciona como un

sistema primario de levantamiento.

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En la producción de dos arenas conjuntas donde pueda existir flujo cruzado, el sistema

de levantamiento auxiliar hidráulico tipo jet permite crear el efecto de succión a la altura

de la arena de menor presión permitiendo su producción.

La bomba jet auxiliar funciona como bomba Booster que permite producir de un

reservorio de baja presión y caudal con bombeo electrosumergible como sistema

principal de levantamiento artificial.

En completaciones Slim Hole, el sistema auxiliar permite llegar hasta la profundidad

máxima que llega el equipo electrosumergible por sus dimensiones.

4.6.2 Desventajas

Por ser una aplicación nueva del bombeo hidráulico jet, se vuelve complejo encontrar

un escenario ideal para este sistema auxiliar.

Una de las principales consideraciones es tener una completación selectiva y que se

tenga una arena de baja presión por encima de una de alta presión y caudal.

Si el pozo no cuenta con una configuración mecánica para el sistema auxiliar, los costos

de implantación de una nueva completación es un factor a tomar en cuenta por las

operadoras de los campos en el Ecuador.

No se tiene un software especializado para simular este tipo de bomba, por lo que se

debe realizar la simulación mediante el software de bombeo hidráulico, adaptándolo a

las condiciones de operación que tendría la bomba.

Las regulaciones para las operaciones hidrocarburíferas en el Ecuador imponen límites

a la producción conjunta de dos o más yacimientos de hidrocarburos.

4.7 Selección de pozos

De un total de 16 pozos seleccionados como muestra con fines académicos, considerando

la producción de 2 o más reservorios en alguna etapa del mismo y que tengan una

configuración mecánica de acuerdo a los requerimientos descritos para la bomba jet

auxiliar, se determinaron únicamente 11. Se tenía pruebas de producción por separado

de los reservorios de interés, de ellos solo existe información de 8 para su caracterización,

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76

de los 9 pozos de estudio seleccionados como muestra, 7 de ellos cuentan con una presión

y caudal suficientes en el reservorio más profundo, pero en comparación con el reservorio

del cual se desea producir únicamente 5 tienen una presión fluyente favorable.

El presente estudio analiza 2 pozos de los 5 que cumplen con las características para el

sistema auxiliar; los pozos de análisis tienen su aplicación en combinación con un sistema

electrosumergible.

Los tres pozos restantes corresponden a pozos donde se puede aplicar el sistema auxiliar

tanto con bombeo hidráulico jet convencional como para solucionar problemas de flujo

cruzado, sin embargo, su análisis no corresponde al presente estudio.

El proceso de selección para la aplicación de sistema auxiliar tipo jet con bombeo

electrosumergible se muestra en la Tabla 4.

Tabla 4. Selección de pozos candidatos para sistema auxiliar

Total de pozos analizados que han producido de 2 o más

reservorios con configuración mecánica favorable 16

Pruebas de producción de los reservorios de interés 11

Caracterización de reservorios 8

Presión y caudal de inyección 7

Diferencia de Pwf reservorio de inyección con Pwf de producción 5

Aplicación sistema auxiliar tipo Jet con BES 2

Elaborado por: Mishell Guerra

4.7.1 Simulación de funcionamiento

Previo a la simulación de funcionamiento del sistema auxiliar se toma en cuenta las

consideraciones más importantes de los reservorios de análisis, para lograr el objetivo

principal de aumentar el nivel dinámico, de forma que se inicia con elaborar la IPR del

yacimiento más profundo determinando la presión y caudal de inyección disponibles De

ser suficientes, se realiza la IPR del horizonte productor, y teniendo caudal y presión de

inyección y producción se puede determinar la geometría adecuada, con lo que se

obtiene una presión, caudal y nivel dinámico de descarga. Nuevamente, en el caso que

sea suficiente para alcanzar el nivel de sumergencia del sistema de levantamiento

artificial principal, se obtiene los resultados, caso contrario el pozo no es apto para el

sistema auxiliar.

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77

Para la simulación de funcionamiento de la bomba jet auxiliar se tomó en cuenta el

siguiente diagrama de flujo.

Diagrama 1. Diagrama de flujo cálculos BJA

Elaborado por: Mishell Guerra

Simulación de funcionamiento bombeo auxiliar tipo jet con bombeo

electrosumergible

Toda la información correspondiente a los pozos del presente estudio, es propiedad de la

empresa operadora, corresponde a datos generales de pozos en el Oriente Ecuatoriano,

que han sido usados únicamente con fines académicos, para su posterior simulación con

sistema auxiliar tipo Jet.

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Pozo Chonta Sur 03

Ubicación

El campo Chonta Sur pertenece al corredor Sacha-Shushufindi al sur de la Cuenca

Oriente, en el Bloque 61, Activo Auca, cuyo inicio se dio con la perforación del pozo

exploratorio CHSA-001 en septiembre del 2014, el campo tiene un área aproximada de

290000 Km2. (Petroamazonas EP,2017)

Estructura

La estructura del campo es un anticlinal asimétrico de dirección NE-SW de 3 kilómetros

de largo por 2 de ancho, con dos fallas inversas al norte y Sur-Este del campo, la estructura

se desarrolló en los períodos pre-cretácico y cretácico. (Petroamazonas EP,2017)

Reservorios de producción

Los reservorios de producción de Chonta Sur donde se encuentra el Chonta Sur 03 son:

Basal Tena, U Superior, U Inferior, T inferior, Hollín Superior y Hollín Inferior.

El campo tiene un BSW promedio de 54 %, con un crudo de alrededor de 31 grados API,

proveniente principalmente de Hollín y T y U, con un espesor promedio de 48, 25 y 11

pies respectivamente. (Petroamazonas EP,2017)

En su mayoría los pozos de este campo fueron completados en la formación Hollín, que

cuenta con un acuífero activo de fondo, que es la razón por cual el corte de agua ha

aumentado significativamente en esta formación.

Sistemas de levantamiento artificial

La plataforma del campo donde se encuentra el pozo Chonta Sur 03 se desarrolló a partir

del año 2014, cuenta con 14 pozos los mismos que producen tanto por bombeo

electrosumergible, como con bombeo hidráulico.

Selección de pozos en Chonta Sur

Para la selección del pozo candidato en el campo se recopiló datos que permitieron tener

una base de datos sobre la cual se pudo establecer que únicamente el pozo Chonta Sur 03

cumple con las características para la implementación del sistema auxiliar tipo Jet.

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79

Tabla 5. Información de pozos en el Campo Chonta Sur

Elaborado por: Mishell Guerra

Fuente: Petroamazonas EP, 2018

Datos del Pozo Chonta Sur 03

En base a información de producción registrada y los cálculos realizados en función a

esta información, para las arenas Hollín Superior y T inferior, se conoce que:

Sistema de levantamiento Chonta Sur 03

El pozo Chonta Sur 03 se perforó en el año 2015, produciendo de Hollín Superior, con

bombeo electrosumergible, al cabo de un año el pozo llego a un corte de agua del 96%

por lo que se abandonó Hollín para cambiar a la arena T Inferior a partir del año 2017,

sin embargo, en los primeros 8 meses, se intervino tres veces con taladro de

reacondicionamiento por falla de la bomba electrosumergible debido a falta de nivel

dinámico y de sumergencia (baja carga). Detalles en el Anexo 3.

Completación

Las herramientas en la configuración mecánica propuesta para el pozo CHSA-03 se

encuentran descritas en la Figura 29, en la Figura 33 se especifica las profundidades en

TVD de las arenas productoras y equipo electrosumergible.

Todas las operaciones planificadas para apertura y cierre de camisas se realizarán por

medio de slickline y shifting tool, por lo que se debe considerar que el diámetro de la

camisa de circulación es de 3 ½ y de la de producción es de 2 78⁄ lo que brinda las

POZO FORMACION SALINIDAD API BSW IP QFPD PWF PB PR

CHSA-01 HS 350 32,6 64 0,345 1425 372 170 4500

CHSA-01 HI 350 32,6 64 0,486 1714 380 64,7 4500

CHSA-02 US 11200 19,8 2 0,079 282 246 845 3800

CHSA-02 TI 28172 18,8 65 0,072 197 938 945 3660

CHSA-03 TI 25000 16,5 1 0,174 543 517 945 3728

CHSA-03 HS 460 32,2 96 0,701 1537 2387 169 4580

CHSA-04 HS 350 33,4 96 0,459 3100 679 169 4580

CHSA-04 HI 350 33,4 96 0,281 541 2681 169 4580

CHSA-05 UI 12000 16,6 2 0,088 302 392 847 3804

CHSA-06 HS - 32,6 7 1,196 2044 1399 180 3108

CHSA-07 HS 3950 32,7 10 0,529 2208 130 170 4300

CHSA-08 HS 1300 32,4 50 2,804 12155 73 194 4400

CHSA-11 TI 1700 18 68 0,213 769 772 945 4360

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condiciones para que la bomba jet auxiliar de 2 7 8⁄ x 2,31 llegue y se aloje en la camisa

de producción.

Figura 33. Configuración mecánica CHSA-03, nivel dinámico sobre la arena TI

Elaborado por: Mishell Guerra

Arena de producción

Tabla 6. Características Arena TI, CHSA-03

PRESIÓN DE RESERVORIO 3728 PSI

TEMPERATURA DE FORMACIÓN 228 F

BSW 10 %

GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL GAS 0,89

GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL AGUA 1,02

GRAVEDAD API 16,5 API

PRODUCCIÓN DIARIA 543 BFPD

PRESIÓN DE BURBUJA 680 PSI

RGP 72,7 SCF/STB

PRESIÓN DE CABEZA 100 PSI

TEMPERATURA DE CABEZA 120 F

PRESIÓN DE FONDO FLUYENTE 517 PSI

PROFUNDIDAD DEL RESERVORIO 10403 FT

Elaborado por: Mishell Guerra

Fuente: Petroamazonas EP, 2017

Arena Hollín Superior

10594 TVD

Arena T Inferior10403 TVD

500 ftTVD

∆L=1241 ft

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Arena de aporte de fluido motriz

Tabla 7. Características Arena Hollín Superior, CHSA-03

PRESIÓN DE RESERVORIO 4580 PSI

TEMPERATURA DE FORMACIÓN 233 F

BSW 96 %

GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL GAS 0,991

GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL AGUA 1

GRAVEDAD API 32,2 API

PRODUCCIÓN DIARIA 1537 BFPD

PRESIÓN DE BURBUJA 169 PSI

RGP 25,06 SCF/STB

PRESIÓN DE CABEZA 100 PSI

TEMPERATURA DE CABEZA 110 F

PRESIÓN DE FONDO FLUYENTE 2387 PSI

PROFUNDIDAD DEL RESERVORIO 10594 FT

Elaborado por: Mishell Guerra

Fuente: Petroamazonas EP, 2017

Mediante las ecuaciones (5, 6, 7, 8, 9) se calcula: gravedad específica de la mezcla,

gradiente de la mezcla y a su vez el nivel dinámico del fluido en condiciones iniciales,

para los dos yacimientos, y se obtiene los siguientes resultados:

Tabla 8. Características de los fluidos Arena TI, CHSA-03

ARENA TI

Salinidad 25000 ppm

𝛿𝑤 1,02 adim

Qw 54,30 BPD

Qo 488,70 BPD

𝛿o 0,96 adim

Bsw 10 %

𝛿m 0,96 adim

𝛾m 0,417 Psi/ft

hm 1240,89 ft

Elaborado por: Mishell Guerra

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82

Tabla 9. Características de los fluidos Hollín Superior, CHSA-03

ARENA HOLLÍN SUPERIOR

Salinidad 4950,00 Ppm

𝛿𝑤 1,00 Adim

Qw 1475,52 BPD

Qo 61,48 BPD

𝛿o 0,86 Adim

Bsw 96 %

𝛿m 1,00 adim

𝛾m 0,432 Psi/ft

API 10,30 API

Elaborado por: Mishell Guerra

Conociendo que el pozo tiene una profundidad total de 10603 ft, se realiza el análisis de

las curvas IPR para las dos arenas con el modelo de Vogel Compuesto.

Figura 34. IPR Arena TI, Pozo CHSA-03

Elaborado por: Mishell Guerra

Tabla 10. Datos de productividad Arena TI, CHSA-03

IP 0,17 STB/DÍA/PSI

Q Fluido 518 BFPD @ Pb 680

Q Fluido max 582 BFPD @ Pwf 0

Elaborado por: Mishell Guerra

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

0 100 200 300 400 500 600 700

Pw

f (p

sig)

qo (STB/dia)

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83

Figura 35. IPR Hollín Superior, CHSA-03

Elaborado por: Mishell Guerra

Tabla 11. Datos de productividad Hollín Superior, CHSA-03

IP 0,7 STB/DÍA/PSI

Q Fluido 3092 BFPD @ Pb 169

Q Fluido max 3157,3 BFPD @ Pwf 0

Elaborado por: Mishell Guerra

Para representar la IPR compuesta se utilizan presiones y caudales de las IPR

correspondientes a la arena de producción y de aporte de fluido motriz, de tal manera que

se pueda construir una curva conjunta, a una misma presión con diferente caudal como se

muestra en la Tabla 12.

Tabla 12. Calculo de IPR compuesta CHSA-03

Pwf1 Qo1 Pwf2 Qo2 PwfC QoC

4.580 0 - - - -

4351 160 - - - -

4122 321 - - - -

3893 481 3.728 0 - 481

3664 642 3.664 11 3.664 653

3435 802 3.435 51 3.435 853

2977 1123 2.977 131 2.977 1254

2748 1284 2.748 170 2.748 1454

2290 1605 2.290 250 2.290 1855

2061 1765 2.061 290 2.061 2055

1832 1926 1.832 329 1.832 2255

1603 2086 1.603 369 1.603 2456

1374 2247 1.374 409 1.374 2656

1145 2407 1.145 449 1.145 2856

687 2728 687 523 687 3251

458 2889 458 549 458 3438

229 3049 229 566 229 3616

0 3157 0 575 0 3732

Elaborado por: Mishell Guerra

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

5.000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Pw

f (p

sig)

qo (STB/dia)

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84

En la Figura 36 se muestra la IPR conjunta de los yacimientos Hollín Superior y T

inferior, si se producen las dos arenas en conjunto, donde además se puede identificar,

que dado el diferencial de presión entre arenas hasta los 3728 Psi, únicamente se

produciría de Hollín Superior, y al ser superior la presión frente a la arena TI, alrededor

de 4400 psi, se produciría un bypass sin dejar producir a la arena de interés.

Figura 36. IPR Conjunta, TI+HS, CHSA-03

Elaborado por: Mishell Guerra

Colocar la bomba Jet auxiliar frente a la formación T inferior, permitirá crear un efecto

de succión en la formación mediante el fluido motriz proveniente de Hollín Inferior,

eliminando el efecto de Bypass antes mencionado.

Para el análisis de la arena de aporte de fluido motriz se debe tomar en cuenta que el

nozzle determinará la capacidad de aporte y de acuerdo a ello se puede estimar la presión

y caudal disponibles para la inyección.

Cada tamaño de nozzle se representa con una curva de outflow, como se muestra en la

Figura 37, misma que se determina en función de la ecuación 11, de Brown, K., 1980,

para el tamaño de la boquilla.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Pw

f (p

sig)

qo (STB/dia)

IPR ARENA PRODUCTORA IPR FLUIDO MOTRIZ IPR COMPUESTA

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Para la aplicación de sistema jet auxiliar con bombeo electrosumergible, es necesario

tomar en consideración las variables que intervienen en el cálculo del caudal y presión

disponibles a través del nozzle, las cuales son:

Caudal en la boquilla: es el caudal de aporte de la arena de inyección.

Presión en la boquilla: es la presión fluyente de la arena de inyección a la altura de la

bomba.

Gradiente del fluido motriz: representará el gradiente del fluido de inyección.

Coeficiente de corrección (Kn): factor de corrección modelado para la elaboración y

definición del tamaño de las boquillas.

Figura 37. IPR con Outflow de tamaño de nozzle.

Elaborado por: Mishell Guerra

Los valores utilizados para la Figura 37, corresponden a los cálculos por tamaño de

boquilla que determinan la capacidad en caudal que puede pasar a través de la boquilla a

una determinada presión como se muestra en la Tabla 13, a continuación:

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Pw

f

qo (STB/día)

IPR

9

10

11

12

13

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Tabla 13. Cálculo de outflow nozzle, CHSA-03

NOZZLE QN AN PS @ QN PN

9

481 0,0148 3893 2342,3

642 0,0148 3664 2757,1

802 0,0148 3435 3318,7

1123 0,0148 2977 4882,3

2247 0,0148 1374 14978,6

2728 0,0148 687 21507,4

3049 0,0148 229 26593,8

10

QN AN PS @ QN PN

481 0,0175 3893 2154,2

802 0,0175 3435 2796,2

1284 0,0175 2748 4546,7

1765 0,0175 2061 7242,0

2247 0,0175 1374 10882,2

2728 0,0175 687 15467,3

3049 0,0175 229 19048,9

11

QN AN PS @ QN PN

160 0,0239 3893 1709,9

481 0,0239 3893 1935,1

802 0,0239 3435 2187,5

1284 0,0239 2748 2988,3

1765 0,0239 2061 4295,8

2247 0,0239 1374 6109,8

2728 0,0239 687 8430,3

3049 0,0239 229 10258,8

12

QN AN PS @ QN PN

160 0,0311 3893 1698,4

481 0,0311 3893 1831,4

802 0,0311 3435 1899,4

1284 0,0311 2748 2250,9

1765 0,0311 2061 2901,5

2247 0,0311 1374 3851,3

2728 0,0311 687 5100,3

3049 0,0311 229 6099,1

13

QN AN PS @ QN PN

160 0,045 3893 1689,7

481 0,0450 3893 1753,2

802 0,0450 3435 1682,4

1284 0,0450 2748 1695,2

1765 0,0450 2061 1850,9

2247 0,0450 1374 2149,6

2728 0,0450 687 2591,1

3049 0,0450 229 2964,8

Elaborado por: Mishell Guerra

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87

Se debe representar la curva IPR del yacimiento de donde se obtendrá el fluido motriz, y

a la vez aplicando la ecuación para determinar la presión real que se tendrá en el nozzle,

se obtiene para cada tamaño de boquilla una curva que corta con la curva de influjo y se

obtiene un dato puntual de presión y caudal de ingreso en la boquilla, ese punto en la

curva representa el límite inferior en el cual la boquilla puede trabajar y el límite superior

estará dado por la curva de la boquilla de menor tamaño a la seleccionada, lo cual se

encuentra representado en la Figura 38.

Presión y caudal mínimos para nozzle 9 Presión y caudal mínimos para nozzle 10

Figura 38. IPR con JBA, límites de nozzles, CHSA-03

Elaborado por: Mishell Guerra

Para todas las curvas de inflow y outflow el procedimiento para definir los límites de

funcionamiento de cada nozzle es el mismo.

Para una bomba jet convencional, la presión en la boquilla se calcula mediante la ecuación

(10), como se detalla a continuación:

𝑃𝑁 = 𝑃ℎ + 𝑃𝑖𝑛𝑦 − 𝑝𝑓 (10)

Dónde:

PN: Presión en la boquilla, [Psi]

Ph: Presión Hidrostática de superficie hasta reservorio, [Psi]

Piny: Presión de inyección, [Psi]

Pf: Pérdidas por fricción, [Psi]

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Pw

f

qo (STB/día)

IPR

9

10

11

12

13

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Sin embargo, para el dato de presión y caudal obtenidos en la gráfica, se debe hacer una

corrección para poder simular el escenario en el software Claw de bombeo hidráulico Se

debe tomar en cuenta la Presión hidrostática como negativa, ya que el aporte de fluido

motriz es por la parte inferior y se debe restar el diferencial de presión entre yacimientos.

Es decir, la presión en la boquilla es:

𝑃𝑖𝑛𝑦𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 = 𝑃𝑤𝑓 − 𝑃ℎ − 𝑝𝑓 (12)

La Pwf se obtiene del dato leído en la Figura 37, que corresponde al corte entre las curvas

de inflow y outflow en cada nozzle; la presión hidrostática y pérdidas por fricción son

obtenidas directamente del software Claw.

Tomando en cuenta la corrección de presión de inyección disponible con el aporte de

presión y caudal de fluido motriz en el nozzle y el tamaño del mismo de la Figura 37, se

determina para el pozo CHSA-03:

Tabla 14. Presión de inyección disponible, CHSA-03

Nozzle 9

Qiny 820 BPD

Piny 3400 PSI

Piny disponible 1984 PSI

Nozzle 10

Qiny 950 BPD

Piny 3225 PSI

Piny disponible 1809 PSI

Nozzle 11

Qiny 1420 BPD

Piny 2830 PSI

Piny disponible 1414 PSI

Nozzle 12

Qiny 1496 BPD

Piny 2500 PSI

Piny disponible 1084 PSI

Nozzle 13

Qiny 1890 BPD

Piny 1900 PSI

Piny disponible 484 PSI

Elaborado por: Mishell Guerra

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89

Con los valores de caudal de inyección Qiny y presión de inyección disponible Piny

disponible, se ingresa los datos en el software Claw® para seleccionar la geometría

adecuada. Y se obtiene las siguientes geometrías posibles:

Tabla 15. Resultado simulación de bomba jet auxiliar con diferentes geometrías.

*R= An/Ath, relación de áreas, nozzle garganta.

Elaborado por: Mishell Guerra

Son varias las combinaciones posibles para la bomba jet auxiliar en el pozo CHSA-03 y

van del nozzle 9 al 12, para determinar la mejor geometría se toma en cuenta que es un

sistema auxiliar, por lo tanto al alimentar al sistema primario electrosumergible, existe la

posibilidad de manejar mayor caudal y presión.

Para seleccionar la mejor geometría se toma en consideración los parámetros que calcula

el programa Claw®, y se realiza una comparación de:

Presión y caudal de inyección con los disponibles de acuerdo a la geometría.

Presión de entrada.

Caudal de cavitación.

Eficiencia de la bomba.

GEOMETRÍA RPresión de

Inyección

Caudal de

Inyección

Producción

deseada

Presión de

Entrada

Presión de

Descarga

Caudal de

cavitación

Caudal de

RetornoEficiencia

API Fluido

Motriz

9I 0,3311 1980 906 543 520 1342 651 1449 31,89 10

9J 0,2814 1980 906 543 525 1342 827 1449 31,81 10

9K 0,2263 1980 893 543 593 1341 1184 1436 28,48 10

10I 0,3915 1800 1030 543 549 1356 610 1573 29,91 10

10J 0,3327 1800 1039 543 514 1356 759 1582 31,76 10

10K 0,2676 1800 1029 543 558 1355 1084 1572 29,60 10

11J 0,4544 1410 1273 543 630 1379 695 1816 28,05 10

11K 0,3654 1410 1292 543 572 1380 952 1835 30,64 10

11L 0,3003 1410 1275 543 629 1379 1347 1818 28,23 10

11M 0,2497 1410 1247 543 717 1376 1868 1790 24,60 10

12M 0,3250 1080 1476 543 743 1395 1713 2019 27,12 10

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90

Tabla 16. Comparación geometrías, CHSA-03

Geometría Presión de

Entrada

Caudal de

cavitación Eficiencia

%

Cavitación

9I 520 651 31,89 20%

9J 525 827 31,81 52%

9K 593 1184 28,48 118%

10J 514 759 31,76 40%

10I 549 610 29,91 12%

10K 558 1084 29,60 100%

11K 572 952 30,64 75%

11L 629 1347 28,23 148%

11J 630 695 28,05 28%

11M 717 1868 24,60 244%

12M 743 1713 27,12 215%

Elaborado por: Mishell Guerra

De modo que se pueda descartar geometrías por el % del caudal de cavitación, se toma

que límite de caudal de cavitación sea superior a 25% para garantizar un tiempo de vida

mayor de la bomba jet, se descartan las geometrías menores a este porcentaje, y se

descartan las gargantas donde él % de cavitación sea menor en comparación a otra con el

mismo nozzle de modo que se obtiene:

Tabla 17. Parámetros comparativos, CHSA-03

Geometría Presión de

Entrada

Caudal de

cavitación Eficiencia

%

Cavitación

9K 593 1184 28,48 118%

10K 558 1084 29,60 100%

11L 629 1347 28,23 148%

11M 717 1868 24,60 244%

12M 743 1713 27,12 215%

Elaborado por: Mishell Guerra

Se determinan 2 geometrías posibles para el pozo tanto la 9K como la 10K la diferencia

radica en la presión y caudal de inyección que se desee utilizar de acuerdo a las decisiones

de producción, es importante además considerar que el nivel al que se desea llegar con la

bomba auxiliar son 3200 ft sobre la arena TI. Finalmente, la geometría a utilizar será la

9K por la disponibilidad de presión y caudal.

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91

ç

Figura 39. Análisis Nodal con Bomba jet Claw auxiliar 9K, CHSA-03

Elaborado por: Mishell Guerra

En el Anexo 1, se encuentra la selección de la bomba del software de bombeo hidráulico

donde se incluyen las geometrías, eficiencias y análisis nodal efectuado durante la

simulación para el pozo CHSA-03.

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92

Pozo Payamino H-21

Ubicación

El Campo Coca-Payamino se encuentra ubicado en la Depresión Pastaza del sistema

Subandino, en el centro occidente de la Cuenca Oriente, al Noreste del Bloque 7.

(Petroamazonas EP,2015)

Estructura

Tiene alrededor de 11 kilómetros de largo por 2 de ancho y es un pliegue anticlinal

alargado de dirección NO-SE, tiene una falla inversa que limita al este en el frente

orogénico, su geometría está constituida por bloques corridos verticalmente entre sí.

(Sierra et al.,,2015)

Reservorios de producción

Los reservorios de producción del campo son: Basal Tena, arenisca U, arenisca T, Hollín

Superior y Hollín Principal.

El campo tiene un BSW promedio de 62 %, con un crudo de 24 grados API promedio,

proveniente principalmente de Hollín y T y U, con un espesor promedio de 63, 13 y 32

pies respectivamente. (Petroamazonas EP,2017)

En su mayoría los pozos de este campo fueron completados en la formación Hollín, que

cuenta con un acuífero activo de fondo, que es la razón por cual el corte de agua ha

aumentado significativamente en esta formación y para la arenisca U.

Sistemas de levantamiento artificial

La plataforma del campo donde se encuentra el pozo Payamino H-21, cuenta con 23

pozos, de los cuales 16 son productores, los mismos que producen en su mayoría por

bombeo hidráulico y en menor proporción por bombeo electrosumergible.

(Petroamazonas EP,2017).

Selección de pozos en Payamino

Para la selección del pozo candidato se expuso el proyecto frente a la operadora del campo

con el fin de generar soluciones adaptados a las necesidades del cliente, con lo que se

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93

planteó el pozo horizontal Payamino H-21 el cumple con las características para la

implementación del sistema auxiliar tipo Jet.

Datos del pozo Payamino H-21

En base a información de producción registrada y los cálculos realizados en función a

esta información, para las arenas U superior y Hollín Principal, se conoce que:

Sistema de levantamiento pozo Payamino H-21

El pozo Payamino H-21 se perforó en el año 2014, produciendo de Hollín Superior, con

bombeo electrosumergible, al cabo de un año el pozo llego a un corte de agua del 99%

por lo que se abandonó Hollín para cambiar a la arena U superior a partir de septiembre

del 2016, sin embargo, al cabo de dos meses hubo falla mecánica en el equipo

electrosumergible debido que al ser un pozo horizontal, no se pudo profundizar el equipo

más allá de 6900 ft (TVD), para proteger la integridad del equipo electrosumergible, sin

embargo con ello el nivel de sumergencia es de 50 ft sobre el intake lo cual provoca la

falla a corto plazo de la bomba.

Completación

El pozo Payamino H-21 es un pozo horizontal, con completación para bombeo

electrosumergible como se muestra en el Anexo 5.

Las herramientas en la configuración mecánica propuesta para el pozo Payamino H-21 se

encuentran descritas en la Figura 29, en la Figura 40 se especifica las profundidades en

TVD de las arenas productoras y equipo electrosumergible, para la aplicación con sistema

auxiliar, donde se propone un nivel dinámico superior, que hace posible ubicar la bomba

más arriba, de forma que no tenga restricción por el ángulo de construcción.

Todas las operaciones planificadas para apertura y cierre de camisas se realizarán por

medio de slickline y shifting tool, por lo que se debe considerar que el diámetro de la

camisa de circulación es de 3 ½ y de la de producción es de 2 78⁄ lo que brinda las

condiciones para que la bomba jet auxiliar de 2 7 8⁄ x 2,31 llegue y se aloje en la camisa

de producción.

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94

Figura 40. Configuración mecánica Payamino H-21, nivel dinámico sobre la arena U

Elaborado por: Mishell Guerra

Arena de producción

Tabla 18. Características Arena U, PYMH-21

PRESIÓN DE RESERVORIO 2100 PSI

TEMPERATURA DE FORMACIÓN 220 F

BSW 20 %

GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL GAS

GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL AGUA 1

GRAVEDAD API 20,5 API

PRODUCCIÓN DIARIA 198 BFPD

PRESIÓN DE BURBUJA 950 PSI

RGP 119,4 SCF/STB

PRESIÓN DE CABEZA 200 PSI

TEMPERATURA DE CABEZA 200 F

PRESIÓN DE FONDO FLUYENTE 642 PSI

PROFUNDIDAD DEL RESERVORIO 8982 FT

Elaborado por: Mishell Guerra

Fuente: Petroamazonas EP, 2017

Arena Hollìn Principal9450 ft (TVD)

Arena U superior8982 ft (TVD)

500 ftTVD

∆L=3500/4000ftTVD

Niivel dinámico propesto5182 ft

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95

Arena de aporte de fluido motriz

Tabla 19. Características Arena Hollín Principal, PYMH-21

PRESIÓN DE RESERVORIO 4052 PSI

TEMPERATURA DE FORMACIÓN 243 F

BSW 99 %

GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL GAS 0,89

GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL AGUA 1,02

GRAVEDAD API 24,8 API

PRODUCCIÓN DIARIA 2077 BFPD

PRESIÓN DE BURBUJA 150 PSI

RGP 17,87 SCF/STB

PRESIÓN DE CABEZA 290 PSI

TEMPERATURA DE CABEZA 190 F

PRESIÓN DE FONDO FLUYENTE 2276 PSI

PROFUNDIDAD DEL RESERVORIO 9450 FT

Elaborado por: Mishell Guerra

Fuente: Petroamazonas EP, 2017

Siguiendo el mismo procedimiento que en el pozo CHSA-03, mediante las ecuaciones (5,

6, 7, 8, 9) se calcula: gravedad específica de la mezcla, gradiente de la mezcla y a su vez

el nivel dinámico del fluido en condiciones iniciales, para los dos yacimientos, y se

obtiene los siguientes resultados:

Tabla 20. Características de los fluidos Arena U, PYMH-21

ARENA U SUPERIOR

Salinidad 7000 ppm

𝛿𝑤 1,001 adim

Qw 39,60 BPD

Qo 158,40 BPD

𝛿o 0,93 adim

Bsw 20 %

𝛿m 0,95 adim

𝛾m 0,409 Psi/ft

hm 1567,80 ft

Elaborado por: Mishell Guerra

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96

Tabla 21. Características de los fluidos Hollín Principal, PYMH-21

ARENA HOLLÍN PRINCIPAL

Salinidad 6500 ppm

𝛿𝑤 1,00 adim

Qw 2056,23 BPD

Qo 20,77 BPD

𝛿o 0,91 adim

Bsw 99 %

𝛿m 1,00 adim

𝛾m 0,435 Psi/ft

API 9,50 API

Elaborado por: Mishell Guerra

Conociendo que el pozo tiene una profundidad total de 9524 ft TVD/ 9946 ft MD, se

realiza el análisis de las curvas IPR para las dos arenas con el modelo de Vogel

Compuesto.

Figura 41. IPR Arena US, PYMH-21

Elaborado por: Mishell Guerra

Tabla 22. Datos de productividad Arena US, PYMH-21

IP 0,14 STB/DÍA/PSI

Q Fluido 161 BFPD @ Pb 950

Q Fluido max 235 BFPD @ Pwf 0

Elaborado por: Mishell Guerra

0

500

1.000

1.500

2.000

0 50 100 150 200 250

Pw

f (p

sig)

qo (STB/dia)

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97

Figura 42. IPR Hollín Principal, PYMH-21

Elaborado por: Mishell Guerra

Tabla 23. Datos de productividad Hollín Principal, PYMH-21

IP 1,17 STB/DÍA/PSI

Q Fluido 4563 BFPD @ Pb 150

Q Fluido max 4661 BFPD @ Pwf 0

Elaborado por: Mishell Guerra

La formación U superior no posee la presión suficiente para alcanzar el nivel de

sumergencia requerido por la bomba electrosumergible, es por eso que colocar la bomba

Jet auxiliar frente a la formación U superior, permitirá crear un efecto de succión en la

formación mediante el fluido motriz proveniente de Hollín Principal.

Se realiza el mismo análisis que se realizó para CHSA-03, en cuanto a tamaño del nozzle

para determinar la capacidad de aporte y de acuerdo a ello estimar la presión y caudal

disponibles para la inyección.

Cada tamaño de nozzle se representa con una curva de outflow, como se muestra en la

Figura 43, misma que se determina en función de la ecuación 11, de Brown, K., 1980,

para el tamaño de la boquilla, como se detalló en el procedimiento para CHSA-03.

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Pw

f (p

sig)

qo (STB/dia)

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98

Los valores utilizados para la Figura 43, corresponden a los cálculos por tamaño de

boquilla que determinan la capacidad en caudal que puede pasar a través de la boquilla a

una determinada presión como se muestra en la Tabla 24, a continuación:

Tabla 24. Cálculo de outflow nozzle, PYMH-21

NOZZLE QN AN PS @ QN PN

9

711 0,0148 3444,2 2934,2

948 0,0148 3241,6 3968,7

1185 0,0148 3039 5323,9

1422 0,0148 2836,4 6999,6

1659 0,0148 2633,8 8996,0

2606 0,0148 1823,4 20188,1

3080 0,0148 1418,2 27707,9

10

QN AN PS @ QN PN

711 0,0175 3444,2 2523,3

948 0,0175 3241,6 3238,3

1185 0,0175 3039 4182,5

1422 0,0175 2836,4 5356,1

1659 0,0175 2633,8 6759,0

1895 0,0175 2431,2 8391,3

3080 0,0175 1418,2 19992,5

11

QN AN PS @ QN PN

948 0,0239 3241,6 2387,2

1185 0,0239 3039 2852,8

1422 0,0239 2836,4 3441,3

1659 0,0239 2633,8 4152,8

1895 0,0239 2431,2 4987,2

2132 0,0239 2228,6 5944,6

2606 0,0239 1823,4 8228,2

12

QN AN PS @ QN PN

948 0,0311 3241,6 1984,5

1185 0,0311 3039 2223,6

1422 0,0311 2836,4 2535,2

1659 0,0311 2633,8 2919,5

1895 0,0311 2431,2 3376,3

2132 0,0311 2228,6 3905,8

2606 0,0311 1823,4 5182,6

13

QN AN PS @ QN PN

1185 0,045 3039 1749,4

1422 0,045 2836,4 1852,4

1659 0,045 2633,8 1990,2

1895 0,045 2431,2 2162,6

2132 0,045 2228,6 2369,6

2606 0,045 1823,4 2887,8

Elaborado por: Mishell Guerra

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99

Figura 43. IPR con Outflow de tamaño de nozzle.

Elaborado por: Mishell Guerra

Para todas las curvas de inflow y outflow el procedimiento para definir los límites de

funcionamiento de cada nozzle es el mismo.

Para una bomba jet convencional, la presión en la boquilla se calcula mediante la ecuación

(10), como se detalla a continuación:

𝑃𝑁 = 𝑃ℎ + 𝑃𝑖𝑛𝑦 − 𝑝𝑓 (10)

Dónde:

PN: Presión en la boquilla,[Psi]

Ph: Presión Hidrostática de superficie hasta reservorio,[Psi]

Piny: Presión de inyección,[Psi]

Pf: Pérdidas por fricción,[Psi]

Sin embargo, para el dato de presión y caudal obtenidos en la gráfica, se debe hacer una

corrección para poder simular el escenario en el software Claw de bombeo hidráulico, se

debe tomar en cuenta la presión hidrostática como negativa, ya que el aporte de fluido

motriz es por la parte inferior y se debe restar el diferencial de presión entre yacimientos.

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100

Es decir, la presión en la boquilla es:

𝑃𝑖𝑛𝑦𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 = 𝑃𝑤𝑓 − 𝑃ℎ − 𝑝𝑓 (12)

La Pwf se obtiene del dato leído en la Figura 37, que corresponde al corte entre las curvas

de inflow y outflow en cada nozzle; la presión hidrostática y pérdidas por fricción son

obtenidas directamente del software Claw.

Se considera un nivel dinámico deseado de 3800 ft sobre la arena superior con lo que,

tomando en cuenta la corrección de presión de inyección disponible con el aporte de

presión y caudal de fluido motriz en el nozzle y el tamaño del mismo de la Figura 43, se

determina para el pozo PYMH-21:

Tabla 25. Presión de inyección disponible, PYMH-21

Nozzle 9

Qiny 820 BPD

Piny 3380 PSI

Piny disponible 1620,5 PSI

Nozzle 10

Qiny 910 BPD

Piny 3280 PSI

Piny disponible 1520,6 PSI

Nozzle 11

Qiny 1250 BPD

Piny 3000 PSI

Piny disponible 1240,5 PSI

Nozzle 12

Qiny 1550 BPD

Piny 2750 PSI

Piny disponible 990 PSI

Nozzle 13

Qiny 2100 BPD

Piny 2350 PSI

Piny disponible 590,6 PSI

Elaborado por: Mishell Guerra

Con los valores de caudal de inyección Qiny y presión de inyección disponible Piny

disponible, se ingresa los datos en el software Claw® para seleccionar la geometría

adecuada. Y se obtiene las siguientes geometrías posibles:

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101

Tabla 26. Resultado simulación de bomba jet auxiliar con diferentes geometrías.

*R= An/Ath, relación de áreas, nozzle garganta.

Elaborado por: Mishell Guerra

Las combinaciones posibles para la bomba jet auxiliar en el pozo PYMH-21, disponibles

del nozzle 9 al 12. Se realiza una comparación entre las geometrías de acuerdo a

parámetros de presión de entrada a la bomba, caudal de cavitación y eficiencia:

Tabla 27. Comparación geometrías pozo PYMH-21

Elaborado por: Mishell Guerra

Tomando en cuenta los altos caudales de cavitación sobre el caudal de la bomba, la

cavitación no es un parámetro determinante, debido a que ninguna geometría presenta

problemas a corto plazo por cavitación.

De este modo se toma en cuenta la mayor eficiencia acompañada de una presión de

entrada baja y el caudal disponible de inyección.

GEOMETRÍA RPresión de

Inyección

Caudal de

Inyección

Producción

deseada

Presión de

Entrada

Presión de

Descarga

Caudal de

cavitación

Caudal de

RetornoEficiencia

API Fluido

Motriz

9I 0,3311 1621 862 198 700 1746 709 1060 23 10

9J 0,2814 1621 835 198 847 1746 1001 1033 19 10

9K 0,2263 1621 801 198 1030 1745 1501 999 15 10

10I 0,3915 1521 964 198 603 1747 591 1162 25 10

10J 0,3327 1521 929 198 731 1747 854 1127 22 10

10K 0,2676 1521 993 198 728 1625 1163 1191 16 10

11J 0,4544 1241 1359 198 446 1662 521 1557 25 10

11K 0,3654 1241 1312 198 609 1658 907 1510 19 10

11L 0,3003 1241 1254 198 795 1653 1423 1452 15 10

12L 0,3907 990 1551 198 744 1677 1192 1749 17 10

12M 0,3250 990 1479 198 910 1672 1784 1677 14 10

GEOMETRÍAPresión de

Entrada

Caudal de

cavitación

%

Cavitación Eficiencia

9I 700 709 258% 23

9J 847 1001 406% 19

9K 1030 1501 658% 15

10I 603 591 198% 25

10J 731 854 331% 22

10K 728 1163 487% 16

11J 446 521 163% 25

11K 609 907 358% 19

11L 795 1423 619% 15

12L 744 1192 502% 17

12M 910 1784 801% 14

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102

De acuerdo a lo mencionado, tomando una geometría por cada nozzle, se establecen las

siguientes combinaciones posibles para el pozo PYMH-21.

Tabla 28. Parámetros comparativos pozo PYMH-21

GEOMETRÍA

Presión

de

Inyección

Caudal

de

Inyección

Presión

de

Entrada

Caudal

de

cavitación

Eficiencia %

Cavitación Nivel

9J 1621 835 847 1001 19 406% 4128

10J 1521 929 731 854 22 331% 4130

11J 1241 1359 446 521 25 163% 3929

12L 990 1551 744 1192 17 502% 3965

Elaborado por: Mishell Guerra

Se determinan 4 geometrías posibles para el pozo 9J, 10J, 11J y 12L, la diferencia radica

en la presión y caudal de inyección que se desee utilizar de acuerdo a las decisiones de

producción.

Finalmente, la geometría recomendada en el presente estudio es la 9J por la disponibilidad

de presión y caudal.

Figura 44. Análisis Nodal con Bomba jet Claw auxiliar 9J, PYMH-21

Elaborado por: Mishell Guerra

En el Anexo 6, se encuentra la selección de la bomba del software de bombeo hidráulico donde

se incluyen las geometrías, eficiencias y análisis nodal efectuado durante la simulación para el

pozo PYMH-21.

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103

CAPÍTULO 5

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

5.1 Comparación situación actual con sistema auxiliar jet por parámetros

Para poder comparar el sistema de levantamiento actual con lo que sería la

implementación del sistema auxiliar tipo Jet, se establecieron parámetros relevantes que

serían optimizados como son: Producción, Nivel Dinámico, Presión de Descarga.

a) Producción.

Se puede considerar el parámetro de mayor importancia al momento de tomar decisiones

para el sistema de levantamiento artificial en un pozo, y para mantener o mejorar la

producción, respaldado de los costos operativos, que incluyen el equipo del levantamiento

artificial y tiempo de operación (runlife).

Como se muestra en la Tabla 29, para el pozo CHSA-03 la disminución de producción es

mínima 3 BFPD considerando la continuidad de las operaciones, y la garantía de

preservación de la integridad de los equipos, que la bomba jet auxiliar ofrece; en el pozo

PYMH-21 por otra parte, la producción se mantiene constante.

Tabla 29. Comparación de producción con JBA

ACTUAL

BPPD

PROPUESTA

BFPD

CHSA-03 543 540

PYMH-21 198 198

Elaborado por: Mishell Guerra

b) Nivel Dinámico

Uno de los objetivos principales del sistema de levantamiento auxiliar hidráulico tipo jet,

es el alcanzar un nivel dinámico, que garantice la integridad de los equipos en el pozo.

Para los dos pozos analizados, como se muestra en la Tabla 30, gracias a la combinación

garganta-boquilla, el aprovechamiento de energía de fondo y de acuerdo con las

características de los fluidos presentes, se consigue el objetivo.

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104

En el pozo CHSA-03 se consigue 1963 ft de nivel dinámico adicionales garantizando un

nivel de sumergencia de la bomba electrosumergible que se encuentra operando en el

pozo.

Analizando el pozo PYMH-21 el nivel de fluido aumenta en 2561 ft con lo que alcanza

una profundidad de 5182 ft de nivel dinámico, permitiendo colocar la bomba a 5680 ft

donde no existe restricción por la desviación del pozo.

Tabla 30. Comparación de nivel dinámico con JBA

ACTUAL

FT

PROPUESTO

FT

CHSA-03 1240 3203

PYMH-21 1567 4128

Elaborado por: Mishell Guerra

c) Presión de descarga

Al igual que el nivel dinámico y la producción es un factor determinante en la toma de

decisiones para la vida productiva del pozo, con el sistema de levantamiento auxiliar se

considerará que la presión a la salida de la bomba jet auxiliar será la correspondiente a la

nueva presión fluyente del pozo por la ubicación de la misma, frente a la formación

productora.

Es así como en la Tabla 31, se muestra un aumento significativo de presión fluyente,

debido al efecto mismo de la bomba jet auxiliar frente a la formación.

Tabla 31. Comparación de presión de descarga con JBA

PWF ACTUAL

PSI

PROPUESTA JBA

PSI

CHSA-03 517 1355

PYMH-21 642 1746

Elaborado por: Mishell Guerra

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105

5.2 Comparación situación actual con sistema auxiliar jet por pozo

En la Figura 45 y 46, se puede observar una comparación de los tres parámetros

mencionados en la sección anterior con respecto a lo que sería el escenario antes y después

de la implementación del sistema JBA.

Tabla 32. Comparación parámetros con la implementación de sistema JBA,

CHSA-03

PRODUCCIÓN

PRESIÓN DE

DESCARGA

NIVEL

DINÁMICO

ACTUAL 543 517 1240,89

PROPUESTA 540 1355 3203

%

COMPARACIÓN -0,55 +162,1 +158,1

Elaborado por: Mishell Guerra

Figura 45. Comparación parámetros con la implementación de sistema JBA, CHSA-03

Elaborado por: Mishell Guerra

543 517

1240,89

540

1355

3203

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

PRODUCCIÓN PRESION DE DESCARGA NIVEL DINAMICO

POZO: CHSA-03

ACTUAL PROPUESTA

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106

Tabla 33. Comparación parámetros con la implementación de sistema JBA,

PYMH-21

PRODUCCIÓN

PRESIÓN DE

DESCARGA

NIVEL

DINÁMICO

ACTUAL 198 642 1567

PROPUESTA 198 1746 4128

%

COMPARACIÓN 0 +172 +163

Elaborado por: Mishell Guerra

Figura 46. Comparación parámetros con la implementación de sistema JBA,

PYMH-21

Elaborado por: Mishell Guerra

198

642

1567

198

1746

4128

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

PRODUCCIÓN PRESION DE DESCARGA NIVEL DINAMICO

POZO: PYMH-21

ACTUAL PROPUESTA

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107

CAPÍTULO 6

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El presente estudio técnico permite proponer un sistema auxiliar de levantamiento hidráulico

tipo jet, mediante su modelamiento teórico, para producir un yacimiento con fluido motriz

proveniente de un yacimiento inferior de mayor presión, en el mismo pozo.

Se realiza una comparación de tres parámetros: Nivel Dinámico, Presión de Descarga y la

Producción para determinar la factibilidad técnica del sistema, con el sistema auxiliar

propuesto.

De acuerdo al estudio realizado y las simulaciones teóricas del funcionamiento del sistema

auxiliar se determinan las siguientes conclusiones y recomendaciones:

6.1 Conclusiones

El diseño de la bomba jet auxiliar, permite tener una inyección directa y producción

reversa, utilizando fluido motriz proveniente de fondo de pozo.

El sistema auxiliar tipo jet incrementa el nivel dinámico de fluido y es proporcional a la

energía que pueda aportar un yacimiento inferior al de producción.

Por su efectividad en el incremento del nivel dinámico, es una alternativa para pozos

profundos donde el sistema auxiliar funciona como un sistema primario de levantamiento.

La bomba jet auxiliar funciona como bomba Booster y sistema primario de levantamiento,

que permite producir de un reservorio de menor presión y caudal que el reservorio de aporte

de fluido motriz, con bombeo electrosumergible como sistema principal de levantamiento

artificial.

La bomba jet auxiliar puede manejar un caudal de 50 hasta 4000 BFPD, de acuerdo a la

geometría seleccionada, el incremento de presión de descarga a la profundidad de la arena

de interés puede variar hasta 170% en relación a la presión de fondo fluyente, en

consecuencia, el nivel dinámico guardará la misma proporción en función de los fluidos en

el pozo.

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108

Con las características de los pozos simulados en el Oriente ecuatoriano los nozzles más

apropiados son 9, 10, 11 y 12.

La bomba jet auxiliar puede ser aplicada con sistemas de levantamiento artificial primarios

como: hidráulico o electrosumergible; y para reservorios con flujo cruzado.

Pozo CHSA-03

En el pozo CHSA-03, la bomba jet auxiliar funciona como un sistema de levantamiento

primario o bomba Booster que incrementa el nivel dinámico que llega a la bomba

electrosumergible en un 158%, es decir de 1240 ft a 3203ft lo que le brinda un nivel de

sumergencia al equipo BES, que garantiza su correcto funcionamiento y elimina la

posibilidad de fallo por baja carga, que fue la razón principal por la que se realizó

previamente 3 intervenciones de reacondicionamiento en el pozo mencionado, que se

traducen en al menos 230.000,00 USD al año.

En cuanto a producción, la disminución es del 0,55%, es decir, 3 barriles de fluido por

día, lo cual no es representativo considerando la garantía de continuidad de las

operaciones, y de preservación de la integridad de los equipos, que la bomba jet auxiliar

ofrece, reduciendo la cantidad de intervenciones por reacondicionamiento al año.

La presión de descarga para el pozo CHSA-03, aumenta de 517 a 1355 PSI, lo que

representa un incremento del 162,1%.

Pozo PYMH-21

En el pozo PYMH-21, la bomba jet auxiliar funciona como un sistema de levantamiento

primario o bomba Booster que incrementa el nivel dinámico que llega a la bomba

electrosumergible en un 163%, es decir de 1567 ft a 4128ft lo que le brinda un nivel de

sumergencia al equipo BES, que por la geometría del pozo se ve limitado a profundizar

más, garantizando así su correcto funcionamiento sin posibilidad de fallo por baja carga,

que fue la razón por la cual el equipo electrosumergible falló a los 42 días en pozo, lo

que se traducen en al menos 70.000,00 USD al año por reacondicionamiento.

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109

En cuanto a producción, se recuperan 198 bls de fluido por día, que, debido a la falla

del equipo y la restricción del sistema de levantamiento, en su momento se dejaron de

producir.

La presión de descarga para el pozo PYMH-21, aumenta de 642 a 1746 PSI, lo que

representa un incremento del 172%.

6.2 Recomendaciones

Considerar la utilización de tecnología como el Venturi Flow Meter para la implementación

de este sistema auxiliar dadas las regulaciones para las operaciones hidrocarburíferas en el

Ecuador, que establecen determinar el aporte de cada arena que se encuentre en producción.

Realizar un barrido de arenas que han sido aisladas por invasión de agua, especialmente de

Hollín por su empuje hidráulico, en función de utilizar la energía propia de estas

formaciones en la producción de yacimientos superiores de menor presión.

Analizar el modelo teórico presentado para la aplicación del sistema auxiliar tipo jet como

sistema primario en pozos con equipo electrosumergible con problemas de baja carga por

su nivel de sumergencia.

Considerar el caso de los pozos presentados para la utilización del sistema auxiliar tipo jet

en pozos con: flujo cruzado, bajo nivel dinámico o que requieran de un sistema primario

de producción.

Implementar una extensión del software de bombeo hidráulico tipo jet para la bomba

auxiliar.

Gestionar y/o implementar con un proyecto piloto para investigación.

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BIBLIOGRAFÍA

ADEN. (2015). Especialización en Petróleo. Paper presentado en Producción de petróleo y gas

natural.

Beggs, H. D. (1980). Production Optimization: Society of Petroleum Engineers.

Brown, K., & Petrie, H. (1980). Jet Pumping The Technology of artificial lift methods (Vol.

2B): The University of Tulsa.

Carvalho, P., Podio, A., & Sepehrnoori, K. (1998). Modeling a jet pump with an electrical

submersible pump for production of gassy petroleum wells. Paper presentedo en SPE

Annual Technical Conference and Exhibition.

Clark, C., & Kosmicki, R. (2014). Hydraulic jet pumps prove worth for lifting early production.

World Oil.

Chaudhry, A. (2003). Gas well testing handbook: Gulf professional publishing.

Corteville, J. C. (1987). Research on Jet Pumps for Single and Multiphase Pumping of Crudes.

SPE 16923.

Cunningham, R.G. (1995), Jet Pump Cavitation. Journal of Basic Engineering.

Ferrer, F. J. (1998). Commingled production wells: experiences in Lake Maracaibo, Venezuela.

Paper presentedo en SPE Annual Technical Conference and Exhibition.

Grupping, A. W. (1988). Fundamentals of Oilwell Jet Pumping. SPE Production Engineering.

Guerron, J., & Robalino, D. (2013). Estudio de los resultados del cambio de sistema de

levantamiento hidráulico a electrosumergible en el Campo Sacha y definición de

criterios para selección de pozos.

Guo, B. (2011). Petroleum production engineering, a computer-assisted approach: Gulf

Professional Publishing.

Hartmann, & Beaumont. (1999). Exploring for Oil and Gas traps.

Hatzignatiou, D. G., & Mohamed, F. (1994). Water And Gas Coning In Horizontal And

eVertical Wells. Petroleum Society of Canada. doi:10.2118/94-26

Hughes, A. D., Anderson, G., Russell, W. K., & Thompson, N. (2001). Dual pump system in

which the discharge of a first pump is used to power a second pump: Google Patents.

Jalali, M., Embry, J.-M., Sanfilippo, F., Santarelli, F. J., & Dusseault, M. B. (2016). Cross-flow

analysis of injection wells in a multilayered reservoir. Petroleum, 2(3), 273-281.

Jaramillo, E., & Lligüizaca, J. (2017). Análisis Técnico Del Desarrollo de Yacimientos

Mediante Producción de Yacimientos en Conjunto en el Campo Espol. Espol.

Page 111: UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR MODELAMIENTO … · universidad central del ecuador facultad de ingenierÍa en geologÍa, minas, petrÓleos y ambiental carrera de ingenierÍa de petrÓleos

111

Kelkar, M. (2008). Natural Gas Production Engineering

Lake, L. (2007). Petroleum Engineering Handboook.

Mallela, R. (2011). Numerical investigation of the effect of geometry on the performance of a

jet pump. Journal of Mechanical Enginnering Science.

Pérez, J. (2015). Alternativas en el bombeo hidráulico tipo Jet para optimizar la producción de

hidrocarburos. UNAM. Recuperado de:

http://132.248.52.100:8080/xmlui/handle/132.248.52.100/6746

Petroamazonas EP. (2017). Generalidades del campo Chonta Sur. Quito, Ecuador

Petroamazonas EP. (2017). Reforma al Plan de Desarrollo campo Coca-Payamino. Quito:

PAM documento interno.

Pino, O., Pugh, T., & Hubbard, J. (2016). Gas Lift-Jet Pump Hybrid Completion Reduces

Nonproductive Time During Unconventional Well Production. Paper presentedo en SPE

Argentina Exploration and Production of Unconventional Resources Symposium.

Qasem, F. H., Malallah, A., Nashawi, I. S., & Mir, M. I. (2012). Modeling Inflow Performance

Relationships for Wells Producing from Multi-Layer Solution-Gas Drive Reservoirs.

Paper presentedo en North Africa Technical Conference and Exhibition.

Samad, A. (2013). Flow Analysis Inside Jet Pumps Used for Oil Wells. International Journal

of FLuid Machinery and Systems.

SERTECPET, S. A. (2017). Bomba Jet Claw. Recuperado de:

http://www.sertecpet.net/jetclaw.html

SERTECPET, S. A. (2017). Catálogo de productos y servicios. (Ed.). Quito, Ecuador.

SERTECPET, S. A. (2017). Manual de operaciones. Quito, Ecuador.

Sierra, F., Terán, N., León, S., Morales, O., & Bastidas, M. (2015). Bloque 7, desarrollo y

producción en la nueva era Petrolera (Primera). Quito: Petroamazonas/Schlumberger.

Winoto, S. H. (2000). Efficiency of the Jet Pumps. Journal of Hydraulic Enginnering.

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GLOSARIO DE TÉRMINOS

Avance de frente de agua: proceso de desplazamiento de agua dentro del reservorio

hacia el pozo, provocado por efecto de la producción misma, en función de: producción,

propiedades de los fluidos y del yacimiento.

Bomba Booster: Bomba de desplazamiento positivo que incrementa la presión de un

fluido, se puede usar con líquidos y gases. Se puede utilizar para aumentar la velocidad y

la fuerza del caudal del fluido bombeado.

Campos maduros: Campos que producen en etapa de declinación avanzada o

alcanzando su límite productivo, han producido más del 50% de sus reservas probadas

estimadas o por más de 25 años.

Casing: Tubería que permite revestir el pozo, aislando la comunicación del pozo con las

formaciones atravesadas hasta llegar a la profundidad de interés.

Cavitación en bomba jet: efecto hidrodinámico producido por las altas velocidades

provocadas por el área reducida, boquilla-garganta, donde el aumento de velocidad y

reducción de presión, provocan el fluido alcance la presión de vapor, formando burbujas

que implotan por el cambio de estado provocando la erosión y desgaste de los

componentes de la bomba.

Chevron Packing: Tipo de empaque hidráulico, altamente resistente ante mínimos

cambios de presión, que sirve de sello eficaz a lo largo del eje entre la camisa o cavidad

y la bomba Jet.

Conificación: Cambio en los perfiles de los contactos agua/petróleo o gas/petróleo como

resultado de las caídas de presión durante la producción.

Depletación: También conocido como agotamiento, es la reducción progresiva del

volumen de producción de petróleo y gas natural, en función del tiempo y la producción

acumulada.

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Licuefacción de arenas: Como producto de la extracción de petróleo, al ser una fuerza

externa que actúa sobre las arenas finas, hace que pierdan sus propiedades y pasen de

estado sólido a líquido pesado.

Nozzle: Boquilla de aleación de tungsteno, en forma de embudo, que crea una mayor

velocidad y disminuye la presión del fluido que pasa a través del mismo, cambia la

energía potencial a cinética.

Slim Hole: Pozo más pequeño que los estándar, generalmente con un diámetro menor a

6 pulgadas.

Tubing: Tubería de producción de petróleo, que garantiza un conducto seguro para el

fluido desde el reservorio hasta superficie.

Venturi Flow Meter: Medidor de flujo másico aplicado en una boquilla de venturi, cuyos

sensores se encuentran a la entrada de la boquilla permitiendo la cuantificación del fluido

que ingresa a la boquilla, comúnmente utilizado en completaciones inteligentes para dos

o más arenas.

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ANEXOS

ANEXO 1. Selección de la bomba pozo CHSA-03

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ANEXO 2. Análisis nodal con bomba jet claw auxiliar 10K, Pozo

CHSA-03

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119

ANEXO 3. Historial pulling BES pozo CHSA-03

FO

RM

AC

ION

Inst.

Total

Start Date

Stop Date

Pulling

Date

Run life

ESP

STA

TU

S

HP

Motor

V M

otorA

Motor

Serie

Motor

Modelo

LP

# Etapas

LP

Modelo

UP

# Etapas

UP

Serie

UP

KV

A

VSD

PU

LSO

S

VSD

HS

131-dic-15

27-feb-1601-m

ar-1658,0

PU

LL

ED

4503552

77,3562

SN2600

101SN

260075

538390

18

HS

209-m

ar-1605-ene-17

09-ene-17302,0

PU

LL

ED

2252682

50.9562

SN3600

71SN

360071

538390

18

TI

314-ene-17

17-ene-1720-ene-17

3,0P

UL

LE

D225

268250.9

562D

1150N181

D1150N

181400

39012

TI

423-ene-17

01-mar-17

19-may-17

37,0P

UL

LE

D225

268250.9

562D

1150N181

D1150N

181400

39012

TI

521-m

ay-1704-ago-17

08-ago-1775,0

PU

LL

ED

1201508

52456

D460N

80D

460N164

400390

12

MO

TO

R

VA

RIA

DO

R D

E

FR

EC

UE

NC

IAIN

FE

RIO

RSU

PE

RIO

R

BO

MB

AS

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ANEXO 4. Reporte de fallas equipo BES pozo CHSA-03

Inst.

Total

Start

Date

Stop

Date

Run

life

ESP

STAT

US

Modo de

Falla

General

Causa de

Falla

Especifica

Comentarios Pull - Tear

Down

HS 1

31-d

ic-15

27-feb

-16

58

PU

LL

ED

Reservorio_

Pozo

Bajo_No

oferta de

flujo

BES Off manual para

trabajos de workover

(estimulación).

HS 2

09-m

ar-16

05-en

e-17

302 P

UL

LE

D

Reservorio_

Pozo

Corte de

Agua

Equipo apagado

temporalmente para control

de nivel en tanques.

Workover Capex, Cambio

de arena por alto corte de

agua. Equipo BES

recuperado eléctrica y

mecánicamente Ok.

TI 3

14

-ene-1

7

17

-ene-1

7

3

PU

LL

ED

Reservorio_

Pozo

Bajo_No

oferta de

flujo

Bajo aporte/ pulling:

bomba superior giro duro,

capa de sólidos en el

exterior, sello y motor con

sólidos en sus housing.

TI 4

23

-ene-1

7

01

-mar-1

7

37

PU

LL

ED

Reservorio_

Pozo

Bajo_No

oferta de

flujo

Pérdida de Sumergencia

por bajo aporte

TI 5

21

-may

-17

04

-ago-1

7

75

PU

LL

ED

Reservorio_

Pozo

Bajo_No

oferta de

flujo

Desbalance entre fases &

pérdida de aislamiento /

Equipo trabajo desde su

primer arranque en

DOWNTHRUST debido a

baja carga

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ANEXO 5. Diagrama mecánico inicial pozo PYMH-21

c

Motor

Bomba electrosumergible

Intake

Cable

Packer

Packer

(A)

(B)

Camisa de producción

Camisa de producción

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ANEXO 6. Selección de la bomba pozo PYMH-21

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