Sistemas de Levantamiento Artificial

Un sistema de levantamiento artificial (SLA), es un mecanismo externo a la formación productora encargado de levantar crudo desde la formación a una determinada tasa, cuando la energía del pozo es insuficiente para producirlo por sí mismo o cuando la tasa es inferior a la deseada.

Los sistemas de levantamiento artificial son el primer elemento al cual se recurre cuando se desea incrementar la producción en un campo, ya sea para reactivar pozos que no fluyen o para aumentar la tasa de flujo en pozos activos. Estos operan de diferentes formas sobre los fluidos del pozo, ya sea modificando alguna de sus propiedades o aportando un empuje adicional a los mismos.

Cada sistema de levantamiento tiene un principio de funcionamiento diferente, y por lo tanto una serie de características y rangos de operación propios, los cuales, deben ser debidamente identificados como una base previa para la correcta selección del sistema de levantamiento más adecuado para determinado proyecto.

Bombeo Mecánico

El bombeo mecánico es el método de levantamiento artificial más usado a nivel mundial. Este método consiste en una bomba de subsuelo de acción reciprocaste, que se abastece con energía producida a través de una sarta de cabillas. La energía proviene de un motor eléctrico o de combustión interna, el cual moviliza a una unidad de superficie mediante un sistema de engranajes y correa.

El levantamiento del crudo se realiza mediante la acción de las bombas de subsuelo, las cuales son accionadas por la sarta de varillas que les transmiten la potencia requerida, generada en superficie. Estas bombas consisten esencialmente de un pistón dentro de un barril con válvulas de entrada y salida de fluido, y pueden ser de acción simple o de acción doble. Las bombas de acción simple son usadas generalmente en combinación con sistemas de empuje mecánico, mientras que las de acción doble se emplean con mayor frecuencia con sistemas de empuje hidráulico.

  Ventajas

• Bajo mantenimiento. 
• Operación, análisis sencillos y fácil reparación técnica. 
•  Tolera altas temperaturas. 
• Permite el levantamiento de crudos con viscosidades relativamente altas. 
•  Fácil aplicación de tratamientos contra la corrosión y la formación de escamas. . 

Desventajas 

• Los caudales que permite bombear son relativamente bajos. 
•  Requieren de gran espacio en superficie
•  Presenta mayor desgaste de las varillas en pozos desviados. 
•  Baja tolerancia a la producción de sólidos. 
• Limitado por la profundidad. 
• Baja eficiencia volumétrica en pozos con alta producción de gas. 
• Susceptible a la formación de parafinas. 
•  El tubing no puede ser recubierto internamente para protegerlo contra la corrosión. 
•  Poca resistencia al contenido de H2S. 
•  En pozos de diámetro pequeño, se limita el caudal a producir, por el tamaño de subsuelo

Bombeo Hidráulico

Una bomba hidráulica es un dispositivo tal, que recibiendo energía mecánica de una fuente exterior, la transforma en una energía de presión transmisible de un lugar a otro de un sistema hidráulico a través de un líquido cuyas moléculas estén sometidas precisamente a esa presión. Los sistemas de bombeo hidráulico proporcionan una flexibilidad extraordinaria en la instalación y capacidad de funcionamiento para cumplir una amplia gama de requerimientos de extracción artificial. La instalación de la potencia superficial puede ponerse en un lugar central para servir a pozos múltiples, o como una unidad conveniente montada sobre patín localizada en el lugar del pozo individual. El requerimiento de equipo mínimo en el cabezal del pozo acomoda de cerca el pedestal de perforación espaciado de cerca, o las terminaciones de plataforma, así como los requerimientos superficiales de perfil bajo.

El bombeo hidráulico se basa en un principio sencillo: "La presión ejercida sobre la superficie de un fluido se transmite con igual intensidad en todas las direcciones". Aplicando este principio es posible inyectar desde la superficie un fluido a alta presión que va a operar el pistón motor de la unidad de subsuelo en el fondo del pozo. El pistón motor esta mecánicamente ligado a otro pistón que se encarga de bombear el aceite producido por la formación. Los fluidos de potencia más utilizados son agua y crudos livianos que pueden provenir del mismo pozo.

Ventajas

• Pueden ser usados en pozos profundos (+/- 18000 pies).
• Puede ser utilizado en pozos desviados, direccionales y sitios inaccesibles.
• Puede manejar bajas concentraciones de arena.

Desventajas

• Costo inicial alto
• Altos costos en la reparación del equipo.
• Problemas de corrosión.
• El diseño es complejo

Bombeo Electro-sumergible

Un equipo de bombeo electrocentrífugo consta básicamente de una bomba centrífuga de varias etapas, cuyo eje está conectado directamente a través de una sección protectora a un motor eléctrico sumergible, sumergida en el fluido del pozo, y conectada hasta la superficie a través de un cable para suministrar la energía eléctrica del motor. El cable conductor se sujeta al conjunto y a la tubería mediante flejes metálicos flexibles, los cuales son colocados cada 12 a 15 pie. El conjunto motor – protector – bomba, tiene un acoplamiento continuo que se logra mediante ejes de conexión estriada, los cuales tienen como finalidad hacer rotar el protector y la bomba al girar el eje del motor. Bombea el fluido a presión hasta la superficie.

El principio de este sistema de bombeo5 es la operación basada en la operación continua de una bomba centrifuga multietapa cuyos requerimientos de potencia son suministrados por un motor eléctrico de inducción, alimentado desde la superficie a través de un cable de potencia por una fuente de tensión primaria. Una vez se transforma la tensión primaria la energía requerida es transmitida a través del cable de potencia hasta el motor de subsuelo desde el transformador. El motor genera la fuerza para que transmita a la bomba, compuesta por etapas cada una de las cuales consta de un impulsor que rota y difusor estacionario los cuales imparten un movimiento rotacional al líquido para llevarlo hasta superficie

Ventajas

• Permite el levantamiento de volúmenes extremadamente altos sin dificultad, y a bajo costo.
•  Elevado aporte de energía al fluido.
•  Presenta una alta eficiencia (70%).
•  El sistema no se ve afectado por la desviación.
•  Sistema fácil de controlar.
•  No ocupa grandes espacios en superficie.
•  Permite una fácil aplicación de tratamientos contra la corrosión e inhibidores de escamas.  

Desventajas

• Tolerancia limitada a la arena.
•  Baja tolerancia a las altas relaciones Gas-liquido (sin separador).
•  Tolerancia limitada a las altas temperaturas.
•  No aplicable a completamientos múltiples.
•  Poco práctico en pozos someros.
•  Las unidades son costosas, para ser remplazadas a medida que el yacimiento declina.

  Sistema de Cavidades Progresivas

Su operación está basada en la acción continua de una bomba de cavidades progresivas estilo tornillo sin fin, cuyos requerimientos de potencia son suministrados por un motor eléctrico de superficie o subsuelo. Cuando el motor está ubicado en la superficie la transmisión de energía a la bomba se da a través de un eje y/o varillas que comunican el motor y la bomba desde la superficie hasta el subsuelo. Pero cuando el motor está en el fondo, se lleva un cable desde superficie el cual les proporcionara la energía al motor para que opere y mueva la bomba.

Esta bomba es del tipo de desplazamiento positivo, su funcionamiento se baja en el principio del tornillo de Arquímedes para transportar los fluidos desde subsuelo hasta la superficie

Ventajas

• Alta tolerancia a la producción de sólidos.
•  Buena eficiencia energética.
•  Bajos costos capitales y de operación.
•  Buen manejo de fluidos viscosos y de crudos con elevadas relaciones gas/líquido.
•  Bajo perfil en superficie.
•  Fácil instalación a corto plazo.
•  No posee válvulas internas ni trampas de gas.
•  Instalación sencilla y operación silenciosa del equipo.

 Desventajas

• • Tasa de producción limitada.
•  Baja tolerancia a altas temperaturas
•  No es compatible con CO2, ni demás fluidos de tipo acido.
•  Difícil detección de fallas en subsuelo.
•  No es recomendable usar disolventes para lavar el elastómero, ya que estos lo pueden deteriorar.

Gas Lift

El sistema de levantamiento de gas consiste en inyectar gas a alta presión a través del anular, dentro de la tubería de producción a diferentes profundidades, con el propósito de reducir el peso de la columna de fluido y ayudar a la energía del yacimiento en el levantamiento o arrastre de su petróleo y gas hasta la superficie.

Al inyectar gas la presión ejercida por la columna se reduce y el pozo es capaz de fluir debido a:

• Reducción del gradiente del fluido (La presión de fondo fluyente disminuye).

• Expansión del gas inyectado.

• Arrastre de los fluidos por la expansión del gas comprimido.

El transporte de fluidos del yacimiento a la superficie requiere cierto trabajo, la energía necesaria para realiza este trabajo puede estar contenida en el yacimiento, sin embargo si la energía de yacimiento es insuficiente para obtener el caudal deseado, la energía de yacimiento puede ser complementada de una fuente externa, esto es el principio fundamental de todos los sistemas de levantamiento artificiales.

En el levantamiento de gas, el trabajo adicional requerido para aumentar la tasa de producción del pozo se realiza en la superficie por un compresor o contenedor de gas con una corriente de alta presión transportado hacia el pozo en forma de energía.

Principalmente este sistema de levantamiento es implementado si la producción diaria de gas es por lo menor mayor a un 10% de la producción total.

Con el fin de alcanzar la máxima reducción de cabeza hidrostática, el punto de inyección de gas debe estar ubicado a la mayor profundidad disponible. Una excepción para esta regla está en los casos en los que la presión de tubería de producción excede la presión de saturación del gas bajo condiciones de circulación. En estos casos el gas inyectado se disolvería en el líquido producido, y de esta forma, perdería su habilidad para reducir la densidad de la columna de fluido.

Bibliografía

www.hydrolifting.com

http://oil-mail.blogspot.com/2011/05/sistema-de-levantamiento-artificial-por_4374.html

http://www.monografias.com/trabajos63/metodos-levantamiento- artificial/metodos-levantamiento-artificial3.shtml

www.slb.com