Sistemas de levantamiento de crudos pesados

Asumiendo que el pozo esta perforado, completado y evaluado, los métodos para la extracción de crudos pesados se resumen en dos casos:

• Producción en frío

• Producción con adición de calor

Los dos métodos mencionados pueden recibir el beneficio de la dilución hueco abajo lo cual facilita las operaciones subsiguientes de recolección, separación, tratamiento y embarque. En todos los casos se puede asumir que aún con la adición de calor los

crudos pesados carecen de energía necesaria para ser producidos por flujo natural, por ello es necesario emplear un método de levantamiento artificial.

En los pozos de petróleo pesado se usan básicamente dos tipos de bombas: la de cavidad progresiva y la accionada por varillas de succión.

Veamos algunas tecnologías de bombeo antes de describir los dos tipos de bombas mencionadas:

Bomba electro-centrifuga sumergible (Fig.-18)

Esta bomba ofrece un sistema de levantamiento que se asemeja bastante al flujo natural, debido a que bombea continuamente y su tasa instantánea de bombeo es constante, la velocidad de los fluidos en un punto de la formación es uniforme, lo que reduce la tendencia a producir arena.

Fig-18.- Sistema Bombeo Eléctrico Sumergible

En un campo electrificado se puede operar con una capacidad de generación menor ya que la carga del motor de la bomba es constante mientras que en una unidad de bombeo convencional es variable. En el caso de inyección alterna de vapor debe tenerse cuidado de no iniciar la producción hasta que la temperatura de los fluidos este por debajo del limite de diseño del equipo (por ejemplo el cable de estas bombas). En la producción de petróleos pesados en frío, el calor generado por el motor y la bomba sirven para reducir la viscosidad de los fluidos producidos. Las bombas electro-centrifugas sumergibles

pueden diseñarse para crudos viscosos pero su eficiencia se reduce en función del incremento de la viscosidad.

Bomba Hidráulica (Fig.-19)

En aquellos casos en que existe petróleo para dilución, -que podría ser la explotación de Pañacocha- con crudo de 24 ºAPI en la U y pesado en los reservorio M-1 y M-2, este crudo de 24ºAPI, puede ser usado como el fluido de potencia en un sistema abierto en el cual se mezclan el fluido de potencia y los fluidos del pozo para generar los efluentes del pozo.

Fig-19.- Sistema Bombeo Hidráulico

En sistemas abiertos se requiere una cantidad apreciable de fluido motriz de otra fuente ya que la mezcla con los fluidos del pozo no puede ser utilizada como fluido motriz. En formaciones calentadas y en la producción en frío también pueden usarse las bombas hidráulicas de sistema cerrado, donde el fluido motriz no se mezcla con la producción y solo hay que reemplazar el fluido que se pierde por filtraciones.

La utilización de motores eléctricos para suplir la potencia de las bombas motrices y el cuidado de mantener extremadamente limpio el fluido motriz reducen los costos de mantenimiento y el tiempo muerto. La utilización de bombas libres que pueden ser asentadas en el pozo o extraídas del mismo sin recurrir a reacondicionamiento o unidades de extracción de bombas.

Bomba de cavidad progresiva (Fig.20)

Esta bomba tiene un rotor helicoidal de acero que gira dentro de un estator estacionario, también helicoidal, hecho de elastómetro reforzado con metal. Las hélices del rotor se combinan con las del estator y forman una serie de cavidades que suben el petróleo de una a otra cavidad a medida que gira el rotor.

Fig-20.- Sistema de Bomba de Cavidad Progresiva

Entre el rotor y estator se forman sellos que permiten desplazar el petróleo.

Las bombas de cavidad progresiva se pueden diseñar para larga duración en presencia de materiales abrasivos, tales como la arena. El desgaste se minimiza diseñándolas de modo tal que trabajen a mínima velocidad de rotación, recubriendo el rotor con un material resistente a la abrasión y escogiendo un elastómero adecuado para el estator a fin de lograr un mínimo desgaste y máxima duración de las piezas móviles. Estas bombas se impulsan con motor eléctrico, ya sea situado en la superficie, o pozo abajo integrado con ellas. Si se usan motores de superficie se requieren sartas continuas de varillas para aplicar torsión. Para disminuir la fricción de la sarta, algunas empresas usan dispersantes químicos. Con bombas eléctricas sumergibles no se necesitan sartas de varillas.

Bombas de varillas de succión (Fig.-21)

La bomba originalmente desarrollada para levantamiento artificial es la de varillas de succión que se acciona desde la superficie con balancín. Estas bombas tienen un largo historial de éxito en pozos de petróleo pesado

sometidos a inyección alterna de vapor, completados en hoyos sin entubar con forros ranurados y empaques de gravilla. Este tipo de bomba se sigue usando en pozos de crudo pesado y en muchos casos es la preferida si el contenido de arena es alto.

A medida que aumenta la producción de arena se usan bombas de diferentes metales, se ajustan y se modifican los diseños para contrarrestar la creciente abrasión. Las bombas de varillas de succión son competitivas con las de cavidad progresiva y la elección de uno u otro tipo suele basarse en las condiciones específicas de cada yacimiento.

Fig-21.- Sistema de Bombeo Mecánico

Un eficaz diseño para habérselas con la arena es la bomba que fabrica Harbison-Fisher (figura 21). En las bombas corrientes de varillas de succión, el petróleo se levanta mediante un corto émbolo buzo situado dentro de un largo cilindro, en la bomba esta configuración se invierte. A causa de la larga longitud del émbolo buzo en relación con la corta del cilindro, los extremos del émbolo buzo no entran en la sección del cilindro al principio ni al final de las emboladas. En cada embolada se limpia el émbolo y la arena no entra en el cilindro. Cuando la bomba se para, una válvula viajera situada en el tope de la bomba se cierra e impide así que entre la arena. Todo el fluido que contiene arena, salvo una delgada película entre el pistón y la camisa, entra en el pistón y sube en

cada embolada depresión con mínimo de efecto abrasivo de la arena. En general para

bombear fluidos que contienen arena, estas bombas son más eficaces cuando funcionan a baja velocidad de 1½ a 2 emboladas por minuto; algunas han funcionado hasta 3 años con flujos que contenían hasta 10% de arena.

En las nuevas aplicaciones de producción en frío con pozos horizontales, la bomba de varillas de succión se instala en el fondo del recinto vertical (a veces en sumideros) y los ramales laterales drenan hacia ella por gravedad. Una reciente innovación es la evaluación del estado de las bombas mediante el análisis de lecturas de dinamómetros; dichos análisis se usan para programar el mantenimiento, lo cual reduce la carga de trabajo y el costo de las reparaciones.

Una vez que el petróleo pesado llega a la superficie debe mantenerse fluido o hay que fluidificarlo para bombearlo a las plantas de procesos. Los métodos más en boga son la retención del calor mediante aislamiento, la emulsificación con agua o la mezcla con disolventes, generalmente cerca de los pozos. Antes de refinarlo el petróleo se trata para convertirlo en crudo sintético de la viscosidad necesaria para cargarlo a plantas convencionales.

Criterios de recuperación mejorada (EOR)

Por sus siglas en ingles, Enhanced Oil Recovery, se los conoce como EOR y su propósito es incrementar la recuperación de petróleo mejorando diferentes factores, clasificados de la siguiente manera:

• Incremento de la viscosidad del agua: Polímeros.

• Reducción de la viscosidad del crudo: Inyección de vapor, Combustión en sitio y Dioxido de carbono.

• Miscilibidad: Dioxido de carbono, Gas de hidrocarburos y Microemulsiones

• Reducción de la tensión interfacial: Dioxido de carbono, Gas de hidrocarburos, Surfactantes y Soda.

• Humectabilidad: Soda

Un estudio hecho por IFP-BEICIP (Instituto Francés del Petróleo)15 indica que a excepción de Pungarayacu todos los campos de petróleos pesados están localizados a profundidades entre los 5.600 pies(1700 m.) y 10500 pies(3200 m.) , con temperaturas entre 70 y 115 ºC

Debido a estas profundidades los métodos de recuperación térmica pueden no ser aplicables a algunos campos de petróleo pesado del oriente ecuatoriano; sin embargo el método de recuperación mejorada, EOR (Enhanced Oil Recovery) de los polímeros podría utilizarse en ITT y Oglan donde las temperaturas son relativamente bajas.