UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE TECNOLOGÍA EN PETRÓLEOS
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE TECNÓLOGO DE PETRÓLEOS
“BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE (BES) COMO MÉTODO
DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL PARA LA
COMPLETACIÓN DEL POZO ANACONDA 2 UBICADO EN
EL ORIENTE ECUATORIANO”
AUTOR: CRISTIAN TRÁVEZ ÁLVAREZ
DIRECTOR: ING. PATRICIO JARAMILLO, MSC.
DECLARACIÓN
Yo CRISTIAN STALIN TRÁVEZ ÁLVAREZ, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________ Cristian Stalin Trávez Álvarez
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE (BES) COMO MÉTODO DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL PARA LA COMPETICIÓN DEL POZO ANACONDA 2 UBICADO EN EL ORIENTE ECUATORIANO”, para aspirar al título de Tecnólogo de Petróleos, fue desarrollado por Cristian Stalin Trávez Álvarez, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
__________________________ Ing. Patricio Jaramillo DIRECTOR DEL TRABAJO
DEDICATORIA
A Dios y a la Virgen María por haberme dado salud y vida para poder realizar con éxito este proyecto de tesis.
A mi esposa María Rodríguez y a mis hijos Matías y Alejandra, que con concejos, amor y cariño supieron guiarme para poder terminar la carrera.
A mis padres Nelson Trávez y Norma Álvarez por haber confiado en mí, por su apoyo incondicional, por todo el amor y el cariño que me brindan, a mi hermano que a su corta edad sabia darme concejos para no decaer en cada momento difícil de mi vida, a mis abuelitos y a toda mi familia.
Al Ingeniero Klever Álvarez por el apoyo incondicional en mi vida estudiantil y personal y por estar siempre pendiente de toda la familia.
A la Ingeniera Dalyz Álvarez por estar día a día apoyándome y brindándome concejos para no decaer.
A mis amigos, por todo el apoyo que me brindaron para terminar mi carrera, por los concejos que me supieron impartir en los momentos difíciles de mi vida.
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios y a la Virgen por guiar mis pasos por el camino del bien.
A mis padres, Nelson Trávez y Norma Álvarez por su apoyo incondicional, por los consejos, y el esfuerzo que hicieron para terminar mi carrera.
Mi gratitud al Ingeniero Patricio Jaramillo, por todo el apoyo que me brindo para poder terminar este proyecto de tesis con éxito.
Al Ing. Marco Corrales por darme la oportunidad de realizar mis prácticas pre profesionales en la Empresa TREE OIL.
A todos cada uno de mis familiares, que de una u otra manera me apoyaron para salir adelante con mi carrera universitaria.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
RESUMEN ix
ABSTRACT xi
1.NTRODUCCIÓN. 1
1.1. OBJETIVO GENERAL 3
1.1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3
2. MARCO TEÓRICO 5
2.1.DESCRIPCIÓN DEL BES 5
2.1.1. TEORÍA DE OPERACIÓN DEL BES 5
2.1.2. COMPONENTES DE FONDO 6
2.1.3. COMPONENTES DE SUPERFICIE 6
2.2. COMPONENTES DE FONDO. 8
2.2.1 BOMBAS CENTRÍFUGAS 8
2.2.1.1. Tipos De Etapas 10
2.2.1.2. Tipos De Bombas Electro Sumergibles 12
2.2.1.3. Configuraciones De Bombas Electro Sumergibles 14 2.2.1.4. Diseños Mejorados 14
2.2.1.5. Selección De Una Bomba Electro Sumergible 15
2.2.2. INTAKES 17
2.2.3. SEPARADORES DE GAS 18
2.2.4. MANEJADORES DE GAS (ADVANCED GAS HANDLERS AGH) 21
2.2.5. PROTECTORES 22
2.2.5.1. Funciones 22
ii
2.2.5.3. Laberinto .. 23
2.2.5.4. Sello Positivo ... 23
2.2.5.5.Protector Modular .... 24
2.2.5.6. Ciclos De Operación Del Protector 26
2.2.6. MOTOR 27
2.2.6.1. Función 27
2.2.6.2. Configuraciones 28
2.2.7. COMPONENTES DEL CABLE DE POTENCIA: 29
2.2.7.1. Conductor 31
2.2.7.2. Recubrimientos Del Cable 32
2.2.7.3. Armadura 33
2.2.7.4. Terminal De Cable (POTHEAD) 34
2.2.8. OTROS (ADAPTERS, GUÍAS DE MOTOR, CAMISAS) 35 2.2.8.1. Adapters (Acoples) 35
2.2.8.2.Guías De Motor 35
2.2.8.3.Las Camisas 35
2.3. COMPONENTES DE SUPERFICIE . 37
2.3.1. JUNCTION BOX O CAJA DE VENTEO 37
2.3.2. SWITCHBOARD/VSD 38
2.3.3. TRANSFORMADOR ELEVADOR (XFM STEP UP) . 39
2.4. ALTURA DINÁMICA TOTAL (TDH TOTAL DINAMIC HEAD) . 43
2.5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS EQUIPOS ELECTRO SUMERGIBLES 46
2.5.1. VENTAJAS 46
2.5.2. DESVENTAJAS 46
iii 3.1. PROCEDIMIENTOS PARA EL ARRANQUE Y, RANGOS DE
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE EQUIPOS
ELECTROSUMERGIBLES. 47
3.1.1. INTRODUCCIÓN 47
3.1.2 ARRANQUE Y OPERACIÓN . 47
3.1.3. DETALLES DE ARRANQUE Y OPERACIÓN 50
3.2. MANTENIMIENTO DE EQUIPOS ELECTROSUMERGIBLES 60
3.2.1. PROGRAMACIÓN DEL MANTENIMIENTO 62
3.2.1.1. Mantenimiento Preventivo 63
3.2.1.2. Mantenimiento Predictivo 63
4.ANÁLISIS DE RESULTADOS 63
4.1. EJEMPLO DE UN DISEÑO 65
4.1.1. DESARROLLO DEL PROGRAMA . 66
4.1.1.1.Menú Principal 66
4.1.2. DIMENSIONES DE LOS CABLES . 79
5.1 CONCLUSIONES: 81
5.2 RECOMENDACIONES: 83
GLOSARIO DE TÉRMINOS 84
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. El sistema típico BES 7
Figura 2. Bomba centrifuga multi-etapas 9
Figura 3. Etapas de una bomba 10
Figura 4. Diseño radial de una etapa 11
Figura 5. Etapa de flujo mixto 11
Figura 6. Curva de rendimiento de una etapa de la bomba 17
Figura 7. Intake integral 18
Figura 8. Separadores de gas 21
Figura 9. Protector o sección sellante 24
Figura 10. Combinaciones de protectores o secciones sellante 26
Figura 11. Un motor eléctrico 28
Figura 12. Cable de potencia bes redondo 30
Figura 13. Componentes de cable 31
Figura 14. Conductor de Cable Trenzado 32
Figura 15. Conductor de Cable Compacto 32
Figura 16. Terminal con conexión directa (tipo enchufe) 34
Figura 17. Adaptadores 35
v
Figura 19. Caja de venteo 37
Figura 20. Panel de controlador del motor 38
Figura 21. Transformador Elevador (Xfm Step Up) 39
Figura 22. Transformador de 2700 kva 40
Figura 23. Transformador simple 42
Figura 24. Altura dinámica total 44
Figura 25. Curva de capacidad de cabeza 45
Figura 26. Modelos De Bombas Utilizadas Para Bajos Caudales 57
Figura 27. Modelos De Bombas Utilizadas Para Bajos Caudales 58
Figura 28. Rangos De Operación Recomendados 59
Figura 29. Información general del pozo 66
Figura 30. Correlaciones para predicción de Flujo 68
Figura 31. Ingreso de Datos del Pozo 68
Figura 32. Criterios para el dimensionamiento 69
Figura 33. Descripción Del Sistema Y Proyección a un año 70
Figura 34. Descripción del sistema y proyección a un año 71
Figura 35. Descripción del equipo de superficie 72
Figura 36. Resumen Y Criterio De Selección Del Equipo Bes 73
Figura 37. Curva De La Bomba Caso Base 74
Figura 38. Curva De La Bomba – Proyeccion a un año 75
vi
Figura 40. Comportamiento Del Motor 77
Figura 41. Comportamiento Del Motor - Proyección A Un Año 78
Figura 42. Dimensiones De Cables 79
vii
ÍNDICE DE TABLAS
viii
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO 1
TÍPICO EQUIPO ELECTROSUMERGIBLE. 89
ANEXO 2
CAPACIDADES Y RANGOS DE OPERACIÓN 90
ANEXO 3
TIPOS DE CABLE 91
ANEXO 4
ix
RESUMEN
A manera de información y por considerarse como otro sistema de recuperación de hidrocarburos importante se explicará lo que es el bombeo electro centrífugo.
El bombeo electro centrífugo sumergido ha probado ser un sistema artificial de producción eficiente y económico. En la actualidad ha cobrado mayor importancia debido a la variedad de casos industriales en los que es ampliamente aceptado.
El desempeño y el manejo de un reservorio se basan tradicionalmente en datos e información previamente reunida durante períodos cortos de prueba y registros.
Las completaciones BES usadas en la actualidad, que combinan el monitoreo y el control de la producción son cada vez más habituales y requieren el uso de programas computarizados para el dimensionamiento y control de flujo sumamente confiable.
Este sistema está compuesto por una bomba centrífuga multi-etapas manejada por un motor eléctrico. La cantidad de fluido que pasa a través de la bomba puede variar dependiendo de la presión sostenida en el sistema.
x El sistema está asociado típicamente con aplicaciones de altos volúmenes, altos cortes de agua en excesos de 100,000 BFPR.
El cumplimiento de los procedimientos para el control del arranque de este sistema BES es de vital importancia para asegurar que el equipo esté operando dentro de los parámetros de diseño.
Los mecanismos de lubricación de la bomba deben asegurar un suministro continuo de lubricante limpio y seco durante todo el tiempo que la bomba esté en servicio.
Para una mejor comprensión del diseño del sistema BES se realizó un ejemplo en el pozo Anaconda 2 en el cual se implementó este diseño con datos exactos y proyección a un año.
xi
ABSTRACT
By way of information and considered another important recovery system hydrocarbons explain what is the centrifugal pumping electro.
The submerged centrifugal electro pump has proven to be an artificial system efficient and economical production. Today it has become more important because of the variety of industrial cases where it is widely accepted. The performance and handling of a reservoir is traditionally based on previously gathered data and information for short periods of testing and records.
The BES completions currently used , combining the monitoring and control of production is becoming more common and require the use of computer programs for sizing and highly reliable flow control.
This system is comprised of multi- stage centrifugal pump driven by an electric motor. The amount of fluid passing through the pump can vary depending on the pressure in the system steady.
Among the unique features of the system is its ability to produce large volumes of fluid from great depths under a variety of conditions and is particularly well recognized by who, its unit impulse or motor is directly coupled to the pump at the bottom of pit.
The system is typically associated with high-volume applications, high water cuts in excess of 100,000 BFPR.
xii Mechanisms pump lubrication should ensure a continuous supply of clean, dry lubricant all the time that the pump is in operation. For a better understanding of the system design BES make an example Anaconda 2 well which was implemented in this design with accurate data and projection to a year.
Currently the design is improved by incorporating into the calculation considering the volume and physical properties of the mixture vary constantly inside the pump, which translates in a substantial reduction of volume capacity from the pressure suction to discharge.
1
INTRODUCCIÓN.
El desempeño y manejo de un reservorio se basa tradicionalmente en datos e información previamente reunida durante periodos cortos de prueba y de registros, antes de que los pozos sean puestos en producción. Información adicional puede ser adquirida varios meses después, ya sea como un ejercicio planeado o cuando surgen problemas imprevistos.
Semejante adquisición de información requiere de una intervención en el pozo, y casi siempre significa una pérdida en la producción, riesgos incrementados, inconveniencias y problemas logísticos, y también puede significar gastos adicionales y pérdida de tiempo en el traslado de un taladro hacia la locación.
Los sistemas de monitoreo permanentes miden y graban el desempeño del pozo y el comportamiento del reservorio, por medio de los sensores que son colocados en el fondo del pozo durante la etapa de completación.
Estas medidas suministran a los ingenieros y tecnólogos petroleros, información esencial para el manejo dinámico de las ventajas de los hidrocarburos, permitiéndoles optimizar la producción, diagnosticar problemas, desarrollar el campo (refinamiento) y los especialistas ajusten los modelos para el reservorio.
Los sistemas de monitoreo permanente permiten diferentes situaciones de análisis.
2 cualquier parte del mundo. Los comportamientos del pozo y del reservorio, pueden ser monitoreados fácilmente en tiempo real, las 24 horas del día, todos los días durante el período de vida del reservorio.
Los especialistas pueden observar el desempeño diario, examinando las repuestas a los cambios en los procesos de producción o de recuperación secundaria y también pueden registrar los eventos para ayudar al diagnóstico y monitoreo de problemas, además de brindar acciones preventivas, de la misma manera en que lo hacen los monitores que se encuentran en las salas de control.
Las completaciones BES o usadas en la actualidad, que combinan el monitoreo y el control de la producción son cada vez más habituales, y requieren el uso de programas computarizados para el dimensionamiento y de control de flujo sumamente confiables. Los sistemas de monitoreo de fondo de pozo, proveen de una información exacta y mejoran el tiempo medio de la bomba entre fallas. Esto permite a las instalaciones trabajar dentro de estrechos parámetros de operación y permite una conversión económica para el levantamiento artificial.
Los desafíos que se presentan en el monitoreo permanente son diarios, es por esto que se ha tomado en cuenta el desarrollo y la instalación permanente y resistente de sensores, capaces de suministrar un flujo constante de datos a lo largo de la vida útil de un pozo.
3 permitirá escoger el tipo de equipo de fondo adecuado, y de los beneficios que éste puede presentar si se es utilizado de una manera adecuada. La información requerida para este trabajo resulta ser de tipo confidencial y, en muchas ocasiones no estará disponible para todas las personas, excepto aquellas que se desempeñen en el área petrolera.
1.1. OBJETIVO GENERAL
- Exponer que mediante el Dimensionamiento Computarizado de Equipos BES y el monitoreo de parámetros electromecánicos en el control operacional de los equipos se puede utilizar para mejorar el rendimiento y la vida útil de los equipos en los pozos petroleros.
1.1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Mostrar las ventajas del Programa Computarizado de Dimensionamiento BES y como éste, ayudará a extender la vida útil de los BES.
- Analizar los datos generados por los sensores de parámetros de fondo de la operación del equipo BES, durante el proceso de producción de petróleo.
- Recomendar mediante este estudio las acciones preventivas y correctivas en las etapas operación y mantenimiento, que se pueden implementar en el monitoreo de equipos BES.
4 fondo en el proceso de monitoreo en los equipos electro sumergibles BES.
- Beneficiar a las Compañías Operadoras Productoras de Petróleo, explicando los beneficios que se pueden conseguir con la aplicación de los datos de la información suministrada por el Programa de Dimensionamiento BES.
- Este documento podría ser una Guía de Consulta y de Referencia para los estudiantes de la Escuela de Petróleos que deseen ahondar sus conocimientos en el mencionado tema en el bombeo electrosumergible BES.
- Esta propuesta cuenta con los medios bibliográficos como información técnica autorizada para su uso, recurso humano y económico, infraestructura y el tiempo necesario para mostrar las características de un Programa Computarizado para el Dimensionamiento de equipos BES o BES, se puede alargar la vida útil de los equipos BES, mediante el reconocimiento temprano de problemas en los pozos.
5
MARCO TEÓRICO.
2.1. DESCRIPCIÓN DEL BES
2.1.1. TEORÍA DE OPERACIÓN DEL BES
El sistema de Bombeo Electro sumergible (Electrical Sumergible Pump BES) está conformado por una Bomba Centrífuga multi-etapas manejada por un motor eléctrico. Las bombas centrífugas no desplazan una cantidad específica de líquido como las bombas de desplazamiento positivo, pero en cambio crean una relativa cantidad de presión constante que incrementa el levantamiento del fluido hacia la superficie. La cantidad de fluido que pasa a través de la bomba puede variar dependiendo de la presión sostenida en el sistema. La cantidad de fluídos necesaria y la presión para levantar líquidos a la superficie están determinadas por el tipo y número de etapas en la bomba.
6 2.1.2. COMPONENTES DE FONDO
Bomba Centrífuga
Intake o Separador de gas
Protector
Motor Eléctrico
Sensor de fondo
Cable de potencia
Otros (Adaptadores, Guías de motor)
2.1.3. COMPONENTES DE SUPERFICIE
Junction box
Control Panel/Switchboard o Variable Speed Drive System
Generación
Panel de lecturas de Fondo
7 Como se puede puede observar en la Figura 1 tenemos un sistema tipico Bes , componentes de superficie y fondo.
Figura 1. El sistema típico BES (Baker Hughes, 2012)
Un sistema de bombeo eléctrico sumergible BES consiste de un motor conectado en series a una bomba centrifuga y colocado en el fondo de la tubería de producción.
La operación fundamental del levantamiento del BES es crear y mantener el drawdown, permitiendo que los fluidos de la formación fluyan dentro del pozo y luego sean bombeados a la superficie.
8 Aunque los sistemas BES tienen una limitada rata de producción comparada a otros sistemas de levantamiento artificial, el sistema BES tiene vastísimos caudales de producción que cualquier otro método de levantamiento artificial.
El sistema está asociado típicamente con aplicaciones de altos volúmenes, altos cortes de agua en excesos de 100,000 barriles de fluido por día (bfpd); Sin embargo, algunos sistemas BES operan a menos de 1000 bfpd. Si es diseñado adecuadamente un sistema BES puede además manejar adecuadamente gas y fluidos corrosivos.
Los sistemas BES prestan a los pozos para aplicaciones costa afuera debido a su aplicabilidad en pozos desviados, limitado espacio ambiental y energía eléctrica. Declinando o inclinando ratas y problemas operacionales (sólidos, gas excesivo, alta temperatura, etc.) pueden ser un a perjuicio y resultar en altos costos de mantenimiento.
2.2. COMPONENTES DE FONDO.
2.2.1 BOMBAS CENTRÍFUGAS
Es una bomba centrifuga multi-etapas, cada etapa consiste de una parte rotaria: el Impulsor (empeller) y un parte estacionaria: el difusor (diffuser).
9 Como podemos apreciar en la Figura 2 tenemos un ejemplo de una bomba centrifuga multietapas. En la Figura 3 podemos observar las etapas de una bomba
10 Figura 3. Etapas de una bomba
(Baker Hughes, 2012)
El fluido que viene del anular entra a la bomba a través de la sección del intake y es descargado fuera de la bomba directamente a la tubería de producción. El número de etapas usada en una bomba varía en particular con la aplicación.
2.2.1.1. Tipos De Etapas
Existen dos tipos básicos de etapas:
11 Figura 4. Diseño radial de una etapa
(Baker Hughes, 2012)
Etapa de Flujo Mixto: En las etapas de flujo mixto, el fluido se acelera diagonalmente hacia dentro y hacia fuera, éste diseño permite una aceleración tanto axial como radial del fluido al mismo tiempo. Las etapas de flujo mixto como se observa en la Figura 5 son usadas para altas ratas de producción generalmente sobre los 1700 BFPD.
Figura 5. Etapa de flujo mixto (Centrilift, 2012)
12 el impulso del fluido es transformado de radial a dirección vertical y el fluido es levantado.
2.2.1.2. Tipos De Bombas Electro Sumergibles
Bombas Flotadoras: En este tipo de bomba los impulsores están libres para deslizarse hacia arriba y hacia abajo, o están “flotando” sobre el eje. Todos los impulsores generan un empuje que es manejado por las arandelas de empuje y el balance hidráulico generado en cada etapa.
Las “arandelas de empuje” son usadas para absorber el empuje generado en todos los pares de superficie entre el impulsor y el difusor. Las bombas de flotación son muy buenas en ambientes medianamente abrasivos, ya que previenen que los sólidos entren a la zona del cojinete radial, son más flexibles bajo el punto de vista de manufactura, ya que la tolerancia acumulada no es un problema.
Bombas Bottom Floater (BFL): El 60% de impulsores del fondo son tipo flotador y el 40% superior son de tipo compresión. Las etapas de compresión soportan la carga del eje, este tipo de construcción es usada en impulsores los cuales tienen arandelas de empuje en cada etapa. Las etapas de compresión soportan la carga del eje y su propio empuje axial.
13 Durante el ensamblaje y debido a la gravedad, el impulsor normalmente está descansando en su correspondiente difusor inferior. Por esta razón, el eje de la bomba es “levantado” con espaciadores en el acople de tal manera que el impulsor no toca el difusor en el equipo ensamblado. Esto hace que todo el empuje desarrollado en el eje de la bomba sea transferido directamente al eje del protector.
Ya que todo el empuje es manejado por el protector, el rango de operación puede ser extendido ampliamente, sin incremento del desgaste o reducción de la vida útil, en la medida que el protector tenga la capacidad suficiente para manejar el empuje desarrollado.
Anillo de Compresión: La principal diferencia entre el diseño del anillo de Compresión Estándar (C) y el anillo de Compresión (CR), es cuando y como la compresión se localiza en los impulsores. El diseño estándar comprime al impulsor antes de comprimir a los difusores y el diseño del anillo de compresión comprime a los impulsores después de que los difusores sean comprimidos. El diseño de compresión estándar es normalmente usado en las series de bombas largas ó en pequeñas bombas.
14 pozo de aceite. La base se adapta a un motor tipo NEMA de bajo costo, incluye un intake integral.
2.2.1.3. Configuraciones De Bombas Electro Sumergibles
Single (S): Es una la configuración de una única bomba que tiene incorporado un intake y una cabeza de descarga, no se permite añadir más bombas.
Center Tandem (CT): Esta es una bomba con conexiones bridadas las cuales permiten algunos números de secciones para ser conectadas juntas. Es la más comúnmente usada en pozos de aceite. Una bomba "center tandem" no tiene añadida intake o cabeza de descarga
Lower Tandem (LT): Esta bomba tiene incorporado un intake integral en la base, pero no tiene una cabeza de descarga. Esta puede ir bajo otras bombas o además puede ser completada con una cabeza de descarga con pernos.
Upper Tandem (UT): Esta es una bomba con una cabeza de descarga incorporada, pero no tiene intake, esta puede ser colocada en el tope de otra bomba o sobre una sección de intake.
2.2.1.4. Diseños Mejorados
15 base y en ocasiones son colocados a lo largo del eje de la bomba en forma espaciada.
Enhanced Stabilized (ES): Este diseño es usado en aplicaciones donde un diseño ARZ no es requerido, se usa en construcciones tanto para bombas flotadoras como compresoras. Se usa en mismo rodamiento ARZ tanto en cabeza como en la base de la bomba.
Las bombas son construidas con difusores bajos que no tienen pedestal. El diseño está basado sobre en diseño estándar solamente en el eje, la cabeza y la base son en cambio ARZ. El diseño ES, incrementa la fiabilidad de la bomba estándar.
2.2.1.5. Selección De Una Bomba Electro Sumergible
La selección del BES requiere del entendimiento del presente y futuro del desarrollo del pozo, en particular el índice de productividad, presión de reservorio, el punto de burbuja la rata de flujo y la presión de cabeza requerida.
La selección de la bomba está basada en parte en el diámetro del casing. El tamaño apropiado puede ser determinado por las especificaciones del fabricante. Determinar el tamaño y los requerimientos de energía para el equipo de fondo están en función de la rata de flujo y la presión de descarga requerida para la aplicación. La presión de descara de la bomba será igual a la diferencia entre la presión disponible en el intake de la bomba (Inflow Performance) y la presión requerida a la entrada del tubing (Outflow Performance).
16 fluido a la energía administrada a la bomba) de un BES dependen del diseño particular de la bomba.
La bomba es por tanto escogida de acuerdo al indicador de rendimiento publicado por el fabricante y presentada en la curva de rendimiento de la bomba. Entregando el caudal de flujo, la eficiencia de la bomba y para una etapa, el levantamiento desarrollado y el break horsepower (BHP) requerido por un fluido con una gravedad especifica de 1.0.
La cabeza (altura) entregada por etapa depende del diámetro del sistema y de la geometría del impeler y del difusor.
Aquí se muestra la curva de rendimiento típica de una bomba SN2600 mostrando el levantamiento por etapa a varias ratas de flujo, la eficiencia de bomba y el break horsepower requerido.
El número total de etapas requerido es por tanto el levantamiento total requerido dividido para el levantamiento entregado por etapa.
Finalmente el pump break horsepower es calculado multiplicando el máximo HP por etapa tomado de la curva de la bomba por el número de etapas por el promedio de la gravedad específica del fluido.
17 Figura 6. Curva de rendimiento de una etapa de la bomba
(Baker Hughes, 2012)
2.2.2. INTAKES
El fluido entra a la bomba a través del Intake que está sujeto con pernos justo debajo de la bomba, si hay un alto volumen de gas libre presente, éste debe ser separado del fluido de producción antes de entrar a la bomba. Existen tres tipos de secciones de entrada de fluido a la Bomba Centrífuga:
Intake Estándar
Intake Integral construido como parte de la bomba
Separadores de Gas
18 solamente separación natural, debido a que parte del gas no pasa por la entrada de la bomba junto con el resto del fluido. Las entradas pueden ser ARZ, estas usan cojinetes y camisas de Zirconio y camisas para mejor protección contra desgaste por abrasión y vibración lateral. Esto es importante estando tan cerca de un sello de protector.
Intake Integral: Este está construido como parte de la bomba centrífuga y no separa gas, como se observa en la Figura 7 el intake integral solo sirve como medio de entrada del fluido de producción a la Bomba Centrífuga.
Figura 7. Intake integral (Baker Hughes, 2012)
2.2.3. SEPARADORES DE GAS
19
Estáticos (Reverse Flor Separador o Motor Shroud): Los diseños originales de separadores de gas estaban basados un incremento de la separación de gas forzando en el pozo el flujo de fluidos en reverso. A esto se debe que este tipo de separadores sea llamado de flujo reverso.
Debido a que este tipo de separador no hace un trabajo real sobre el fluido es llamado también separador de gas “estático". Cuando el fluido entra en el separador de gas, es forzado a cambiar de dirección. Algunas de las burbujas de gas en siguen subiendo en vez de entrar al separador. Otras burbujas suben dentro del separador y salen del separador por los agujeros de más arriba.
Dinámicos: El Separador rotativo es recomendado en pozos con
alto GOR para remover eficientemente el gas libre del fluido de producción y permite a las bombas electro sumergible ser instaladas en aplicaciones tradicionalmente reservadas a otros métodos de levantamiento artificial.
Esta usa la fuerza centrífuga para separar gas libre. La mezcla gas/fluido entra a través del intake y se mueve hacia un screw tipo inducer donde la presión del fluido es incrementada y movida a la centrifuga donde la separación ocurre. El fluido más pesado es forzado a salir del separador y va directamente hacia la primera etapa de la bomba. El gas que es más liviano se eleva a través del flujo y es venteado hacia el anular del casing.
20 El problema era la porción de longitud de eje no soportada en una área con una masa con una alto momento de inercia el cual podía estar radialmente desbalanceado ya fuera en la fabricación o en la operación porque se llenaba con un fluido no homogéneo de gravedad específica variable, por este motivo se implementaron los rozamientos ARZ en la construcción de los Separadores de Gas.
La separación natural puede ser tan alta como 60 % y que con un separador de gas rotativo, la eficiencia total de separación puede llegar a 99 %, además los separadores de gas (todos los tipos) tienen un rango de flujo donde son efectivos y otros donde no lo son.
21 Figura 8. Separadores de gas
(Baker Hughes, 2012)
2.2.4. MANEJADORES DE GAS (ADVANCED GAS HANDLERS AGH)
El principal objetivo del Manejador Avanzado de Gas “AGH” es evitar el bloqueo por gas de la bomba lo cual puede resultar en operaciones cíclicas y posible falla mecánica prematura si no se controla apropiadamente. El AGH no separa gas pero acondiciona la mezcla de fluidos de tal manera que pueda ser manejada por la bomba. Ofrece las siguientes ventajas:
AGH permite producir con éxito pozos que previamente no podían producir económica o confiablemente con bombas electro sumergible empleando separadores de gas.
22 La mayor RGL ayuda a reducir los requerimientos de potencia hidráulica para levantar los fluidos en un pozo produciendo petróleo, agua y gas.
El AGH utiliza los siguientes métodos para mejorar la eficiencia de la bomba:
Homogeniza la mezcla
Reduce el tamaño de la burbuja
Pone el gas en solución
Ayuda al gas a moverse hacia la corriente principal.
2.2.5. PROTECTORES
El protector, también llamado Sección Sellante, está localizado inmediatamente arriba del motor. Este aísla el aceite refinado del motor de los fluidos del pozo y ecualiza presiones del reservorio con la presión interna del motor.
2.2.5.1. Funciones
El protector tiene las siguientes funciones:
Transmitir el torque generado por el motor a la bomba a través del eje del protector.
Absorber la carga axial generada por la bomba, lo cual quiere decir que el protector tiene un rodamiento de carga especial.
Proveer un sello positivo entre el reservorio y el motor con el uso de sellos mecánicos los cuales previenen que los fluidos del pozo migren a lo largo del eje del protector y dentro del motor.
23 2.2.5.2. Tipos Básicos de Protectores
El protector tiene dos tipos básicos de construcción:
Laberinto
Sello positivo
2.2.5.3 Laberinto
El diseño de laberinto se vale de la diferencia en la gravedad específica de los fluidos del pozo y la del aceite del motor para mantenerlos separados aun cuando estén en contacto directo. Hay aplicaciones en las cuales no es conveniente usar este tipo de protector: fluidos del pozo y pozos horizontales o altamente desviados.
2.2.5.4 Sello Positivo
24 La bolsa es libre para cambiar su volumen según se requiera manteniendo los dos fluidos separados físicamente todo el tiempo. En la Figura 9 podemos observar el Protector o sección sellante.
Figura 9. Protector o sección sellante (Centrilift, 2012)
2.2.5.5 Protector Modular
La flexibilidad es primaria para cualquier Protector Modular. Con este sistema es posible adaptar el protector a casi cualquier aplicación. Los siguientes lineamientos muestran algunas configuraciones de protector posibles y las áreas donde tiene debilidades y fortalezas, principalmente:
Selección de la cámara
Elastómero
25 Hay muchas configuraciones disponibles las cuales disponen de 3 componentes básicos:
Sello
Cojinete de Empuje Axial
Eje
El nombre del Protector es designado por los tipos de cámaras de sello usadas y como están conectadas dichas cámaras, por ejemplo: en "serie" o "paralelo".
L: Laberinto B: Bolsa P: Paralelo S: Serie
HL: Alta Capacidad de Carga (Cojinete)
Por ejemplo: un Protector BSBSL-HL es, un protector de tres cámaras diseñado con una bolsa en el tope conectada en serie con otra cámara de bolsa, la cual está conectada a su vez con una cámara de laberinto. También tiene un cojinete de empuje de alta capacidad
Conexión en Serie: Se instala en serie para Redundancia/Seguridad. Para pozos donde los fluidos pueden entrar en la cámara de Abajo, primero deben desplazar completamente los fluidos de la cámara superior. No añaden capacidad adicional de expansión.
26 Figura 10. Combinaciones de protectores o secciones sellante
(Centrilift, 2012)
2.2.5.6. Ciclos De Operación Del Protector
Llenar de aceite dieléctrico mineral el protector antes de la instalación. Instalación del sistema a la profundidad deseada, el aceite del motor se expande.
Motor opera, el aceite se expande más aún.
Motor se detiene, el aceite se contrae.
Motor opera en ciclos.
27 2.2.6. MOTOR
Los motores que se utilizan en las aplicaciones de Bombeo Electro sumergible, son motores eléctricos de dos polos, trifásicos, de inducción tipo jaula de ardilla y van sumergidos dentro del fluido del pozo.
Los motores van dentro de un alojamiento de acero y esta llenado con aceite mineral dieléctrico que lubrica los rodamientos, aísla eléctricamente el motor y le da conductividad térmica. Una anormal rata de producción puede hacer que el motor se dañe debido a un incremento inesperado de la temperatura.
2.2.6.1. Función
El motor eléctrico que provee energía a la bomba está localizado al final del ensamble BES. El motor es energizado eléctricamente a través del cable de potencia.
Un cable plano es típicamente instalado por reducción de espacio y es sujetado al conjunto BES. Este va conectado al motor a través de un terminal especial llamado "pothead".
28 Figura 11. Un motor eléctrico
(Centrilift, 2012)
2.2.6.2. Configuraciones
Single Section (S): La cabeza del motor está diseñada para aceptar la conexión del cable de potencia en la parte superior. La base tiene una conexión integral en “Y” que conectan los terminales del motor juntos y no se pude conectar un motor adicional.
Upper Tándem (UT): La cabeza del motor está diseñada para aceptar la conexión del cable de potencia en el tope del motor y en la base puede ir conectado un motor center tandem, un motor lower tándem o una base universal.
29 center tándem, un motor lower tándem o una base universal. Todas las conexiones bridadas esta diseñadas para que los terminales de un motor y otro se conecten al correspondiente terminal del motor adyacente.
Lower Tándem (LT): La cabeza del motor está diseñada para conectarse a la base de un motor upper tándem o un motor center tándem y tiene una conexión integral en "Y" en la base que conecta los terminales juntos.
2.2.7. COMPONENTES DEL CABLE DE POTENCIA:
Descripción: La energía eléctrica es trasmitida al motor por un cable especial diseñado el cual se extiende desde la cabeza del motor hacia el cabezal del pozo (wellhead), y va sujeto a lo largo de la tubería de producción con bandas o clamps.
A pesar que el cable redondo en más usado, a veces se usan cables planos cuando el espacio entre el tubing y el diámetro interno del casing es limitado.
30 Figura 12. Cable de potencia bes redondo.
(Centrilift, 2012)
El cable de potencia como se ilustra en la Figura 13 que se usa en las aplicaciones BES tiene los siguientes componentes:
Conductor
Aislamiento
Barrera
Chaqueta
31 Figura 13. Componentes de cable.
(Centrilift, 2012)
2.2.7.1. Conductor
El cable BES tiene tres conductores de cobre y están recubiertos con una delgada capa de material conductor. El conductor se escoge de acuerdo a las siguientes características:
Tamaño
Resistencia
Flexibilidad
Costo
Los conductores del cable de potencia BES pueden ser:
Sólido: Es un conductor de diámetro pequeño y de bajo costo. Tiene un bajo estrés interfacial eléctrico.
Trenzado (Redondo): Este conductor tiene mayor flexibilidad.
32
Round
Compacted
Figura 14. Conductor de Cable Trenzado. (Centrilift, 2012)
Compacto: El cable conductor tiene una reducción hasta del 10% en diámetro versus el conductor trenzado redondo.
Figura 15. Conductor de Cable Compacto. (Centrilift, 2012)
2.2.7.2. Recubrimientos Del Cable
Aislamiento: Cada conductor es aislado individualmente con un material apropiado, este aislamiento es mecánicamente adherido al conductor.
El Aislamiento se escoge de acuerdo a las siguientes características:
- Temperatura
- Cambios de presión
- Relación Gas Petróleo (GOR) - Ataque por dióxido de carbono - Ataque por petróleo
33 barrera actúa como protección mecánica del asilamiento del conductor. La Barrera se escoge de acuerdo a las siguientes características:
- Temperatura - Ambiente Químico - Gas
- Manejo
Chaqueta: Sobre la barrera, está colocada una chaqueta que sostiene las tres fases juntas y provee una protección química a la barrera. La chaqueta se escoge de acuerdo a las siguientes características:
- Temperatura - Ambiente Químico - Gas
- Condiciones de manejo
2.2.7.3. Armadura
Es un material galvanizado que va colocado sobre la chaqueta, y sirve como protección mecánica al conjunto de componentes del cable de potencia del BES. La Armadura se escoge de acuerdo a las siguientes características:
Resistencia al daño
Contiene la descompresión
Resistencia a la corrosión
34 2.2.7.4. Terminal De Cable (POTHEAD)
Terminal de cable con cinta: La cinta se enrolla alrededor de los conectores individuales dentro del motor.
Terminal Insertable: El enchufe está montado en el motor.
Terminal con Conexión Directa: El cable de potencia se conecta directamente al terminal (Tipo enchufe).
En la Figura 16 observamos el Terminal del cable con conexión directa (tipo enchufe).
35 2.2.8. OTROS (ADAPTERS, GUÍAS DE MOTOR, CAMISAS)
2.2.8.1. Adaptadores (Acoples)
Son elementos del mismo material que el resto del equipo electro sumergible, que permiten adaptar diferentes diámetros entre motor y el sensor de fondo. A continuación en la Figura 17 vemos la gama de adaptadores que podemos utilizar de acuerdo a nuestras necesidades.
Figura 17. Adaptadores (Baker Hughes, 2012)
2.2.8.2.Guías De Motor
Son elementos que van conectados bajo el sensor de fondo y su principal función es evitar el arrastre del sensor mientras el BES es bajado dentro del pozo y centralizar el equipos principalmente en pozos desviados.
2.2.8.3.Las Camisas
36 Figura 18. Camisas
37
2.3. COMPONENTES DE SUPERFICIE
2.3.1. JUNCTION BOX O CAJA DE VENTEO
La Junction Box o Caja de Venteo, provee un punto de conexión en la superficie desde el controlador del motor y el cable de potencia que viene de la cabeza del pozo, es un punto que permite realizar pruebas fácilmente de chequeos eléctricos de equipos BES de fondo. En la Figura 19 podemos apreciar una Caja de Venteo de un sistema BES.
Figura 19. Caja de venteo (Baker Hughes, 2012)
38 La caja de venteo está conectada al panel controlador del motor y al transformador por medio de cables de superficie.
2.3.2. SWITCHBOARD/VSD
El panel controlador del motor (Switchboard) para aplicaciones de velocidad variable, incluye aparatos y dispositivos para controlar y proteger el motor y provee flexibilidad de uso tales como:
Arrancar el motor.
Relays de protección de sobre/baja corriente.
Circuit-breakers.
Llevar registros.
Una carta registradora de amperaje para propósitos de diagnósticos.
A continuación en la Figura 20 observamos el Panel Controlador del Motor conjuntamente con la carta de amperaje.
39 Un VSD (Variable Speed Drive) puede ser usado en lugar del switchboard para variar la velocidad de motor y consecuentemente el desarrollo de la bomba. Por el cambio de la velocidad del motor se cambia el flujo de la bomba y características de levantamiento. Esto permite al operador optimizar el desenvolvimiento de la bomba para mejorar las condiciones del reservorio e incrementar la vida útil del sistema BES.
2.3.3. TRANSFORMADOR ELEVADOR (XFM STEP UP)
Es un dispositivo en el cual el voltaje de la corriente alterna puede ser modificado. Está formado por un núcleo de hierro rodeado por bobinas de alambre con aislamiento. Generalmente, el núcleo y las bobinas están inmersos en aceite, sirviendo éste como aislamiento y refrigeración del transformador. En la Figura 21 observamos el Transformador Elevador con sus respectivas bobinas y componentes.
40 Un transformador simple consiste de dos enrollamientos de alambre conductor, muy apretados entre ambos y con un núcleo de hierro, pero aislados entre ellos.
El enrollado que proviene de una fuente con voltaje de corriente alterna, se conoce como primario; éste genera un campo magnético que se transmite a los espirales del otro enrollado, llamado secundario, y produce un voltaje en este. Los enrollados no están físicamente conectados, pero se hallan magnéticamente acoplados.
A continuación en la Figura 22 podemos ver un Transformador de 2700 kva con los cables ya conectados para ser usado en el pozo.
41 El voltaje es cambiado en proporción exacta en el número de espirales en cada enrollado. Por ejemplo, si un enrollado de alto voltaje tiene 1000 espirales y está conectado a un circuito de 4160 voltios, en el lado de bajo voltaje el enrollado de 100 espirales proporcionará 416 voltios.
Los transformadores son adquiridos en ocasiones por empresas que están asociadas con las compañías operadoras y prestadoras de servicios.
Al instalar un transformador hay que tomar en cuenta la posición de los terminales y posteriormente la conexión en cada uno de ellos, ya que al no colocar adecuadamente los cables en los terminales podemos generar calentamiento en estos y posteriormente problemas de operación.
42 Figura 23. Transformador simple
(Centrilift, 2012)
En un autotransformador hay un solo enrollado, una parte va para el alto voltaje y otra a la zona de bajo voltaje. No existe aislamiento entre los dos circuitos.
La corriente alterna de tres fases es producida por generadores que tienen tres enrollados, cada uno de estos ocupa una posición específica, en donde el voltaje producido en cada enrollado se desplaza 120 grados eléctricos del voltaje producido en los otros enrollados; un generador de cuatro polos, por ejemplo, produce dos ciclos o 720 grados eléctricos, para una revolución mecánica del rotor (360 grados).
Existen dos tipos de transformadores: de frecuencia y voltaje variable; y, voltaje variable y frecuencia fija. Los transformadores pueden conectarse en paralelo para duplicar su potencia en KVA.
BAJO VOLTAJE
(416 v) ALTA
CORRIEN
ALTO VOLTAJE (4160 v)
43
2.4. ALTURA DINÁMICA TOTAL (TDH TOTAL DINAMIC
HEAD)
Diseñar la cantidad de levantamiento requerido para optimizar la producción de un pozo con un sistema BES es crítico. Cuantitativamente, el levantamiento es discutido en términos de altura, La altura (Cabeza) tiene unidades de longitud, la cabeza es directamente relativa a la presión por la gravedad específica del fluido.
Con bombas centrífugas, el volumen de fluido bombeado es regulado por la presión ó cabeza, que bombean en contra. Cuando un bajo levantamiento es encontrado a la descarga, el volumen bombeado es alto. Así como la cabeza se incrementa, el volumen decrece, hasta que un cierre de energía es alcanzado donde el flujo se detiene.
La cabeza total dinámica (TDH) como vemos en la Figura 24 con que la bomba trabaja en contra en un pozo consiste de tres componentes, como se muestran en el siguiente gráfico a continuación:
El componente de gravedad, el cual es determinado por la distancia vertical (H), en que la bomba debe levantar los fluidos hacia el sistema de superficie.
La fricción en el tubing
44 Figura 24. Altura dinámica total
(Centrilift, 2012)
La cantidad de levantamiento, o cabeza, pueden ser cambiados adicionando o sustrayendo etapas de la bomba.
La cabeza que proporciona una etapa es una rata dependiente. La curva que describe esta relación es llamada curva de capacidad de cabeza.
El agua, teniendo una gravedad específica de uno, es usada en la prueba.
45 Figura 25. Curva de capacidad de cabeza
46
2.5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS EQUIPOS
ELECTRO SUMERGIBLES
2.5.1. VENTAJAS
Altas caudales de flujo logrando 50000 BPD y profundidades de 15000 pies.
El equipo de superficie ocupa pequeños espacios.
Puede ser usado en pozos desviados.
Permite el monitoreo diario de posibles problemas rediciendo al mínimo las fallas a menos que la bomba sufra un atascamiento.
Buena eficiencia de energía, ventajosa si hay acceso a una fuente de energía económica.
2.5.2. DESVENTAJAS
Limitado en temperatura y consecuentemente en la profundidad.
No trabaja bien con bajas ratas de flujo.
La tubería de producción debe ser sacada del pozo en caso de falla del sistema BES lo que implica costos de operación y pérdida de producción.
Baja eficiencia en pozos con altos volúmenes de gas
47
METODOLOGÍA
3.1. PROCEDIMIENTOS PARA EL ARRANQUE Y, RANGOS
DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE EQUIPOS
ELECTROSUMERGIBLES.
3.1.1. INTRODUCCIÓN
El cumplimiento de los procedimientos para el control del arranque de los equipos electro sumergibles es de vital importancia para asegurar que el equipo esté operando dentro de sus parámetros de diseño y en consecuencia maximizar su vida útil.
Primero se debe verificar lo siguiente:
Alineamiento.
Dirección de rotación del motor con él acople desconectado. Lubricación de las chumaceras.
Las bombas lubricadas por aceite no deben ser llenadas con aceite
en la fábrica.
Bombas con prensaestopas pueden estar con las tuercas sueltas.
La bomba debe llenarse con líquido. Si existe algún mecanismo de cebadura debe operar antes de arrancar la bomba.
3.1.2 ARRANQUE Y OPERACIÓN
48 manómetros son necesarios para verificar la correcta operación de la bomba.
Antes de arrancar la bomba y especialmente por primera vez, en caso de chumaceras lubricadas por aceite, con el aceite lubricante frío y la superficie seca, es importante girar el rotor algunas vueltas, a mano, con la bomba llena de agua, operando momentáneamente el interruptor. Así se induce el flujo de aceite lubricante hacia las superficies de las chumaceras.
Cuando la bomba está llena de líquido, la válvula de succión abierta y la unidad totalmente lista, observar el vacío ó presión estática en el manómetro de succión; arrancar el motor y observar que la bomba alcanza su velocidad en forma suave. La bomba debe operarse por corta tiempo con la válvula de descarga cerrada sin recalentamiento o daño.
Si es necesaria una prueba en las condiciones anteriores por mayor tiempo, se debe mantener abierta la válvula de venteo para desalojar aire de la bomba y del sistema.
49
En algunas instalaciones después de la operación inicial de arranque, la línea de descarga se llena, y este líquido produce buena cabeza para propósitos de arranque. Es posible en estos casos, una vez cebada la bomba, arrancar con las válvulas de succión y descarga abiertas.
Debemos ser cuidadosos con ciertas partes o dispositivos como lo son:
- Chumaceras: Deben ser observadas con cuidado para detectar señales de calentamiento.
- Empaquetaduras: Deben ser examinadas para verificar que no estén ocasionando desgaste, corte o rayadura en la camisa del eje.
- Siempre es permitido un pequeño goteo líquido que salga de la empaquetadura, éste la lubrica evitando que se queme si opera seca. Un goteo de 60 gotas por minuto asegura una lubricación apropiada.
- Operación a Capacidad Baja: No se debe operar la bomba por períodos largos a baja capacidad debido al calentamiento y a la posibilidad de otros daños. En caso necesario, se deberá instala un desvío (by pass) permanente en la descarga a la succión, de un tamaño igual a 1 / 5 del diámetro de la descarga. Si se aumenta la capacidad de demanda de la bomba, este desvío se debe guardar bien seas en forma manual o automática.
50 - Parada de la bomba: Normalmente existe una válvula de retención o cheque en la línea de descarga cerca de la bomba. En este caso, la bomba es parada, parando el motor. Luego se cierran las válvulas en el siguiente orden: Descarga, Succión y cualquier otra conexión que llegue a la bomba o al sistema.
Si el flujo es a alta presión, para evitar la producción de choques en líneas y en la bomba, es necesario cerrar primero la válvula de descarga y luego para la bomba.
Las bombas centrífugas pueden operar por largo tiempo prácticamente sin atención o supervisión estrecha, distinta a observar la existencia de un ligero goteo por la empaquetadura y que las chumaceras estén lubricadas correctamente.
3.1.3. DETALLES DE ARRANQUE Y OPERACIÓN
1. Los mecanismos de lubricación de la bomba deben asegurar un suministro continuo de lubricante limpio y seco durante todo el tiempo que la bomba esté en servicio.
2. Si los rodamientos usan grasa en vez de aceite, los accesorios de la grasa deben engrasarse rutinariamente. No se deben sobre engrasar los rodamientos.
51 4. Si la bomba maneja líquido caliente, la caja de empaques de ordinario se enfría para prevenir daños en el empaque.
5. La superficie de los sellos mecánicos se deben enfriar.
6. La carcasa de los rodamientos puede enfriarse para mantener las luces adecuadas en los rodamientos. Si un rodamiento se sobrecalienta, se expande y se pega al eje.
7. Las bases de la bomba pueden enfriarse para mantener la alineación entre la bomba y el motor.
8. Antes de arrancar la bomba deben chequearse los sistemas completas de enfriamiento y calentamiento.
9. Una bomba que maneje líquidos calientes, debe calentarse antes de arrancarse para prevenir daños por expansiones desiguales en las partes. Las expansiones desiguales pueden permitir el contacto entre las partes estacionarias y las móviles.
10. La bomba debe calentarse gradualmente, circulando lentamente líquido caliente a través de ella.
11. Después de chequearse la lubricación del motor, si el eje de la bomba es accesible, se debe girar con la mano para ver si este listo para girar.
12. Cuando un motor sé reacondiciona o se instala nuevamente para servicio, debe chequearse la dirección de la rotación de su eje antes de acoplar la bomba.
52 14. Cuando sea práctico, se arranca la bomba con la descarga cerrada o casi cerrada. Cerrando la válvula de descarga, la tasa de bombeo disminuye.
15. Los requerimientos de potencia disminuyen al disminuir la tasa de bombeo y es menos probable que el motor se sobrecargue.
16. A bajas tasas, es menos probable que la bomba pierda succión.
17. Si la válvula de succión se cierra, no puede entrar ningún líquido a la bomba. La bomba se arranca con la válvula de succión abierta.
18. Una bomba centrífuga se arranca con la válvula de descarga cerrada; la válvula de succión está siempre abierta.
19. Una bomba auxiliar con dispositivo automático de arranque, debe mantenerse con las válvulas tanto de succión como de descarga abiertas.
20. Las bombas centrífugas nunca deben arrancar vacías porque se sobrecalientan. Antes de arrancarse, las bombas se ceban llenando la carcasa con líquido.
21. La línea de succión de la bomba, debe estar siempre llena de líquido.
53 23. Con el motor funcionando adecuadamente la bomba está lista para arrancar así: Todos los venteos y drenajes están cerrados, se han chequeado todos los sistemas de lubricación y enfriamiento; las líneas de calentamiento con vapor están funcionando; las válvulas de succión y descarga están en la posición adecuada; la bomba está cebada.
24. Se arranca la bomba.
25. Cuando la bomba alcanza su velocidad, la válvula de descarga se abre nuevamente.
26. Si la presión de descarga permanece normal y estable, la bomba ha tomado succión y opera como debe.
27. El líquido puede vaporizarse y la bomba pierde succión. Si la bomba opera por algún tiempo con la válvula de descarga cerrada, se puede sobrecalentar.
28. Si la presión de descarga no sube o si sube y luego cae otra vez, la bomba probablemente ha perdido su succión.
29. Si la bomba pierde su cebo, debe apagarse y cebarse de nuevo.
54 31. La temperatura del empaque y del rodamiento se chequea de ordinario. Un aumento de temperatura puede ser indicio de una lubricación o enfriamiento deficientes o probablemente mecánicos.
32. Se debe chequear el acople para ver que el lubricante no este escapando.
33. Si se detectan ruidos anormales, debe determinarse de inmediato la causa.
34. Puede ser necesario corregir las condiciones de bombeo. Si el problema mecánico es la bomba debe apagarse.
35. Se apaga la bomba cuando debe ponerse fuera de servicio.
36. Las válvulas de succión y de descarga se cierran y todo el líquido se drena desde la bomba a un sitio seguro.
37. Se ponen fuera de servicio los sistemas de lubricación y de enfriamiento. Si hay posibilidades de congelación, debe drenarse toda el agua del sistema de enfriamiento.
38. Si se drena la bomba completamente, se cierran las válvulas de succión y de descarga muy bien.
39. Las líneas de vapor de calentamiento se dejan prendidas o apagadas, dependiendo de la situación de operación.
55 41. Si la bomba se va a lavar a reparar, se purga o se lava, se desconecta de la base y se instalan ciegos en las líneas de proceso.
42. Los vapores o líquidos peligrosos se purgan de la bomba con un material inerte.
43. Si una bomba se instala como auxiliar o repuesto, se puede dejar operando los sistemas de enfriamiento y lavado, y abiertas las válvulas de succión y descarga; la bomba está lista para arrancar u operar.
44. Una válvula cheque en la línea de descarga, impide el contra-flujo de líquido hacia la Bomba Auxiliar.
45. Durante la apagada la válvula cheque debe cerrar automáticamente. Si el líquido escapa a través de la bomba auxiliar, el sistema de bombeo pierde capacidad.
Las curvas características de cada bomba están descritas por un conjunto de coeficientes de ecuaciones polinómicas. Estos coeficientes pueden ser utilizados para determinar altura, potencia o eficiencia a cualquier caudal de cada tipo de bomba. La curva de una bomba, en los catálogos está trazada para una etapa a 50hz o 60 Hz, utilizando agua (Sp.Gr=1) como fluido de ensayo.
El eje Y, lado izquierdo representa la altura de elevación (Head), mientras que el lado derecho representa la potencia consumida y la eficiencia del sistema.
56 Tres son las curvas características:
Altura de Elevación.
Potencia Consumida.
Eficiencia del Sistema.
La curva de Altura de Elevación (Head): Es la capacidad de elevación de cada etapa en función del caudal, correspondiendo el valor máximo para caudal cero (válvula cerrada).
La curva de Consumo (HP): Nos indica los HP que requiere cada etapa en función del caudal producido.
La curva de Eficiencia (EF): Nos da un porcentaje de cuán eficiente es la transformación de la energía mecánica en energía hidráulica, en función del caudal, para cada etapa.
También se encuentran las curvas de bombas a velocidad variable, es decir frecuencia variable. En ella está representada la performance de una etapa a distintas frecuencias de funcionamiento.
57 A continuación en la Figura 26 observamos los Modelos de Bombas Utilizadas para Bajos Caudales.
58 A continuación en la Figura 27 observamos los Modelos de Bombas Utilizadas para Bajos Caudales, con diferentes HP y diferente Frecuencia.
59 En la Figura 28 observamos los Rangos de Operación Recomendados, de acuerdo al caudal y a la altura donde se encuentra el fluido.
60
3.2.
MANTENIMIENTO
DE
EQUIPOS
ELECTROSUMERGIBLES
Durante la operación del equipo BES pueden ocurrir diversos problemas y que pueden impactar negativamente en los costos y rentabilidad del proyecto BES, si es que no se identifican o no se realizan las medidas preventivas del caso para evitar las fallas prematuras ocasionando cuantiosas pérdidas y en algunos casos cancelación de proyectos BES. El objetivo principal consiste en la detección de fallos en fase inicial para solucionarlos de inmediato, si es posible, o en el momento oportuno si no lo es. Estas inspecciones contemplan las siguientes tareas sobre la bomba:
Inspección visual para detectar fugas en tuberías.
Inspección visual para la detección de fugas en el sello del eje (reapriete de empaquetadura si es posible).
Inspección del nivel de aceite en el cuerpo de rodamientos.
Medida de temperatura en el cuerpo de rodamientos y motor.
Inspección de ruidos y vibraciones excesivas en el cuerpo de rodamientos, en el acoplamiento de la bomba y en el motor de accionamiento.
Comprobar el correcto caudal del agua de refrigeración al sello del eje, si existiese.
61 Estas inspecciones rutinarias generan una serie de órdenes de trabajo a realizar sobre el equipo, que llegarán al departamento correspondiente a través del software GMAO y que se convertirán en el histórico de intervenciones sobre la bomba en concreto. Pueden generarse trabajos a realizar con la instalación en marcha, en caso de que pueda pararse el equipo (llenando tinas, realizando un bypass, etc.) o trabajos que serán programados durante la siguiente parada de la instalación.
Las ventajas de realizar estas rutas de inspección sobre las bombas centrífugas de fábrica son las mismas que las generadas por un mantenimiento preventivo sobre otros tipos de equipos, a saber:
Confianza, se conoce el estado y funcionamiento de las bombas.
Disminución del tiempo de parada por fallo mecánico de la bomba.
Mayor duración del equipo y la instalación.
Ajuste de existencias de repuestos en almacén (sólo críticos y de mayor consumo).
Programación de trabajos a realizar en marcha y parada, uniformidad de la carga de trabajo.
Bajo coste de reparación de bombas.
62 de rodamientos, cambio del cierre mecánico y dinámico, empaquetado del eje y cambio del acoplamiento por deterioro.
Es esencial que la bomba se instale de acuerdo a unos protocolos de montaje estrictos y siempre siguiendo las instrucciones del fabricante.
Se deberán tener muy en cuenta las tensiones máximas transmitidas a las bridas de aspiración e impulsión, por ello es esencial que las tuberías estén correctamente montadas para no sobrepasar los límites de carga indicados en las tablas del fabricante y, además, facilitar el mantenimiento posterior. Igualmente es importante, a la hora del montaje, rellenar un formato de alineación del motor y bomba y archivarlo para tener un control del estado del equipo en su primera puesta en marcha.
3.2.1. PROGRAMACIÓN DEL MANTENIMIENTO
El mantenimiento programado lo podemos dividir en dos partes:
Mantenimiento preventivo.
Mantenimiento predictivo.
63 estado de los rodamientos, el alineamiento del eje, el posible desbalanceo del impulsor debido a desgastes internos, posibles torceduras en el eje de la bomba ), observar el desempeño de la bomba con respecto a la curva de rendimiento y caballaje, y observar si existen posibles fugas, para ello se saca la bomba de servicio media hora, se drena y se hace la medición con un equipo ultrasonido, pudiéndose reanudar la operación inmediatamente.
Del análisis de las revisiones efectuadas se toma la decisión, si es el caso, de programar una reparación del equipo, la cual incluiría el posible cambio de las partes que el análisis haya mostrado como defectuosas. En el mantenimiento preventivo es frecuente que en la misma revisión se tome la decisión de cambiar estos elementos y no sea necesario programar una posterior reparación. Los dos métodos tienen sus ventajas y desventajas, veamos.
3.2.1.1. Mantenimiento Preventivo
Frecuentemente no necesita programación.
No necesita equipos especiales de inspección.
Menos costoso de implementar.
Da menos continuidad en la operación.
Menos confiabilidad (aunque es alta).
Más costoso por mayor mano de obra.
Más costoso por uso de repuestos.
3.2.1.2. Mantenimiento Predictivo
Siempre que hay un daño necesita programación.
Necesita equipos especiales y costosos.
Necesita personal más calificado.
