bes - bombeo bomba electro
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Bombeo electrosumergible(Nivel Bsico)
OPE - 01
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Objetivo
Esta presentacin trata los conceptos bsicos de
funcionamiento del equipo de bombeo electrosumergible (ESP),
por lo tanto no pretende ser un manual de operaciones ni de
mantenimiento de este equipo.
Al finalizar el curso, el estudiante debe contestar un examen
terico con total acierto.
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Introduccin
Las bombas electrosumergibles son usadas en todos los pozos del
campo de a!o Limn para el le"antamiento artificial del crudo. Es unsistema mu# eficiente, que en caso de a"er$a permite un r%pido
mantenimiento.
En este curso se describen los principios b%sicos de funcionamiento
del equipo ESP, pero para un me&or entendimiento, se recomienda
que "ea pre"iamente el mdulo de 'ombas.
ElectroSpeed# ElectroStartson marcas registradas de entrilift.entriliftes una marca registrada de 'aer *ug+es o.E-Aes una marca registrada del grupo Sc+lumberger.
ESPes una marca registrada del grupo oods.
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ON!ENI"OON!ENI"O
/ntroduccin al sistema ESP
'omba
0otor
Sello
able de potencia
Equipo en superficie
Accesorios
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Introduccin #l sistem# E$P
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%&u' es el sistem# E$P
El sistema de bombeo electrosumergible (ESP) es un sistema de
le"antamiento artificial, ue e*tr#e crudo de los po+os. Sus
caracter$sticas respecto a otros sistemas de bombeo son1
2 0ane&a altos caudales de fluido.
2Su mantenimiento es r%pido.2Permite una pronta atencin a los pozos ca$dos.
2 Pronta recuperacin de la in"ersin inicial de los equipos.
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El $istem# E$P
El sistema ESP se compone de1
Euipo de super,icie
3ransformador reductor (S-3)
3ablero de control (4ariador o arrancador directo)
3ransformador ele"ador (S53)a&a de 4enteo
Euipo de ,ondo
'omba
Sello
0otor
able de potencia
Sensores (6pcionales)
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Euipo de super,icie
El equipo de superficie se compone de
m%quinas el7ctricas que regul#n l#energ.# el'ctric#, seg8n los
par%metros de operacin del equipo de
fondo.
0%s adelante se explicar% con detalle el
funcionamiento de cada uno.
3ransformador S-3 3ransformador S53
3ablero de ontrol
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Euipo de ,ondo
El equipo de fondo es el corazn del
sistema ESP. 6pera dentro del po+o,a miles de pies de profundidad del
cabezal del pozo.
A continuacin se muestra el
funcionamiento del equipo de fondo1
bomb#/ sello #motor.
/ngreso del equipo de fondo a un pozo.
abezal de un pozo
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bic#cin del euipo de ,ondo
La bomba se localiza m%s o menos a 9::: pies
por deb#jodel ni"el del fluido del pozo, aunque
este "alor puede "ariar.
-e arriba +acia aba&o el orden es1
Bomb#
$ello
otor
3odos los elementos est%n unidos #l mismo eje
por medio de acoples.
ni"el
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Bomb#
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Bomb#s centr.,ug#s
5na bomba centr$fuga es un dispositi"o que transfiere energ$a mec%nica
a un flu$do por la accin rotati"a de una turbina ;llamada impulsor-quegira dentro de una ca"idad o di,usor.
A este con&unto impulsor ; difusor se le llama et#p#de la bomba.
Las bombas electrosumergibles (ESP) son
bomb#s centr.,ug#s multiet#p#s que
pueden tener +asta
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Bomb#s E$P
La forma como funcionan las bombas electrosumergibles es la
siguiente1
A medida que el impulsor gira, todo el
fluido que entra en 7l es e*puls#do
2#ci# #,uer# por accin de la fuerza
centr$fuga.-ebido a la forma de los alabes del
impulsor, el ,luido es lev#nt#do
+acia el difusor, quien a su "ez lo
encamina al impulsor de la siguiente
etapa.
A ma#or n8mero de etapas en una
bomba ESP, m#3or es l# presina la
salida.orte lateral de una bomba ESP
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Et#p#s de l# Bomb# E$P
Seg8n el tipo # dise!o de cada bomba, cada etapa genera una presin
determinada. ecuerde que entre m%s etapas aumentamos la presinpero el c#ud#l se m#ntiene const#nte, #a que el caudal depende
de la "elocidad del motor.
GEPresin0,433Cabeza
=
En los sistemas de bombeo, se usa m%s el t7rmino c#be+#en "ez de
presin. Por e&emplo, si en el fondo de un tanque de 9: pies lleno con
agua la presin es =>psi, se dice que +a# 10 pies de c#be+#4Esto,
porque se sabe que 9: pies de altura de agua +acen una presin de
=>psi en el fondo.
abeza ?pies@
Presin ?psi@
E1 gra"edad espec$fica del l$quido (aguaB9, crudoB:.CD)
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"imension#miento de l# bomb#
1 et#p#
audal1
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"ise;o del sistem# de bombeo
5n sistema de bombeo depende de "arios factores. Algunos son1
2El tipo de crudo # su "iscosidad
2La cantidad de agua
2El caudal (que depende de la "elocidad del motor)
2La presin del #acimiento
Para facilitar esta labor, los fabricantes de bombas entregan unas
curv#s de rendimiento/ las cuales permiten obtener todos los
par%metros requeridos de una manera sencilla, tales como1
28mero de etapas de la bomba
2Potencia del motor
2abeza entregada por la bomba
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urv# de rendimiento
#p#cid#d (BP")
Punto mejor e,icienci#
Potenci# del motor
#be+#
E,icienci# del# bomb#
7#ngo de Oper#cin
Las cur"as de rendimiento dan informacin sobre un# sol# et#p#de
la bomba ESP.on base en esta informacin, se puede calcular la cabeza entregada
por toda la bomba, el caudal o capacidad, la eficiencia # otros
par%metros con que debe operar.
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otor
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otor el'ctrico de induccinLa potencia requerida por la bomba es suministrada por un motor
el'ctrico de induccin. Este se compone de un estator # "arios
rotores.
El motor contiene #ceite diel'ctricoen su interior para refrigerar #
lubricar sus componentes. Estos est%n dise!ados para resistir
temperaturas +asta de =F:G. Est% sellado para e"itar que penetre el
fluido de pozos en su interior.
0otor ESP en mantenimiento
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Est#tor
El estator es la parte externa del motor que rodea los
rotores sin 2#cer cont#cto con ellos. ontiene unosde"anados que generan un campo magn7tico al ser
excitados con corriente alterna.
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7otores
Los rotores son barras de cobre que forman una
especie de &aula, donde se induce una corriente # segener# el movimientoal interactuar con los campos
magn7ticos de los de"anados.
Las barras est%n unidas por medio de l%minas de acero.
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"imension#miento del otor
ada etapa de la bomba reuiere
un# potenci# para ser accionada,
mientras que cada rotor del motor
entreg# un# potenci#.
El motor debe ser dise!ado para entregar la potencia necesaria por
la bomba.
10 =Ppor rotor
9 =Ppor etapa
1 rotor > 10 =P
1 et#p# > 9 =P
1 rotor p#r# ? et#p#s
Por e&emplo1
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5elocid#d del motor
La "elocidad en los motores de induccin depende de l# ,recuenci#
de la corriente A que lo alimenta.
np
f120rpm
=
rpm 4elocidad del motor en re"oluciones por minuto.
, Hrecuencia en *ertz.
np 8mero de polos del motor.
Los motores del equipo ESP tienen todos 9 polos.
Para "ariar la "elocidad del motor se requiere "ariar
la frecuencia de la corriente A # para ello se usan
los v#ri#dores de velocid#d (5$")4
H ?*z@ rpm
I: .F::
D: >.:::
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$ello
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%P#r# ue sirve el sello
uando la temperatura del aceite del motor sube a causa de la carga
de traba&o, el aceite #ument# su volumen debido a la expansin
t7rmica. Este "olumen adicional de aceite es contenido por el sello.
Adem%s de esto, el sello cumple las siguientes funciones1
2 egula la presin del aceite con la del fluido del pozo.2 Absorbe la fuerza de empu&e causada por la bomba # que puede
da!ar el motor.
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P#rtes
El sello se compone de1
Los fluidos del pozo +acen contacto con la bolsa el%sticadel sello, por la cual se regula la presin del aceite del
motor. 5na bolsa
Sellos mec%nicos
%maras
laber$nticas
%mara de
empu&e
Las c%maras laber$nticas son ca"idades que &unto con lossellos mec%nicos act8an en caso que se rompa la bolsa.
La c%mara de empu&e absorbe las cargas axiales de la
bomba que pueden da!ar al motor.
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Si la bolsa se rompe, el fluido de pozos puede llegar
+asta el motor # da!arlo. Para esto, el sello cuenta con
un sistema de c%maras laber$nticas # sellos mec%nicos.
Si la bolsa se rompe, un sello mec%nico act8a. Si estefalla, el fluido entra en la primera c%mara de laberinto.
El Laberinto retarda el paso +acia la segunda c%mara.
Se encuentra otro sello. Si este falla, el fluido ingresa a
la segunda c%mara donde tambi7n es retardado.
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#ble de potenci#
i i
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"escripcin
El cable de potencia transporta la energ$a el7ctrica desde el equipo
de superficie +asta el motor, en el equipo de fondo. Los cables se
clasifican por1
2 orriente # "olta&e del motor
2 La temperatura # profundidad del pozo
2 i"el de #isl#miento el'ctrico del cable
ormalmente, los cables de potencia miden miles de pies de
longitud # su geometr$a puede ser redond#o pl#n#.
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P#rtes del c#ble
able edondo able Plano
El cable de potencia usado en a!o Limn tiene una resistencia de
aislamiento +asta de D4. 3odos tienen una #rm#dur# de acerogal"anizado # una c2#uet#protectora, para que las condiciones en
el pozo no afecten el conductor.
El conductor es un cable de cobre, que "iene re"estido de un
pol$mero que sir"e de #isl#miento.
Armadura +aqueta Aislamiento onductor
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Euipo en super,icie
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!#bleros de ontrol
Los tableros de control suministran la potenci# el'ctric# al motor
de la bomba, seg8n los par%metros de operacin.Son alimentados por el sistema el7ctrico de a!o Limn.
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!ipos de !#bleros de ontrol
En a!o Limn se usan b%sicamente cinco tipos de tableros de control en
los pozos1
2 Arrancador -irecto (Switchboard)
2 Arrancador Sua"e (Soft Starter)
2 4ariador entrilift /S o S (VSD)
2 4ariador obicon Perfect Harmony
24ariador Enfriado en Aceite (Oil Cooled)
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6rr#nc#dor "irecto
El arrancador directo o switchboard ($B)
pre"iene al motor de cambios bruscos en la
corriente.
La potencia tanto a la entrada como a lasalida del S' tiene un# ,recuenci#
const#nte de F:*z, por lo tanto el motor
siempre gira a JK; >.F::rpm
Los arranques del motor son bruscos coneste tipo de tablero.
Switchboard
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6rr#nc#dor $u#ve
El arrancador sua"e o soft starter ($$)
pre"iene tambi7n al motor de cambios
bruscos en la corriente # permite un
#rr#nue su#vedel motor.
El arranque sua"e se logra "ariando la
frecuencia de la corriente progresi"amente,
desde :*z +asta F:*z.
5na "ez encendido el motor, el $$traba&a aF:*z.
Soft starter
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5#ri#dores de
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!r#ns,orm#dores $"! 3 $!
Los "ariadores requieren una tensin de entrada entre C:4
generalmente. Esta tensin se logra con el tr#ns,orm#dor reductor
($"!)que ba&a el "olta&e desde las l$neas de 9>.C4 o >IF:4)
3ransformador S-3 3ransformador S53
8 j d t
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8# c#j# de venteoealiza tres funciones1
2onectar los cables de energ$a con la bomba.
24entila con la atmsfera los gases que puedan estar atrapados
dentro de los cables del motor.
2Permite un r%pido c+equeo de los "olta&es # corrientes paradiagnstico de los problemas en el equipo de fondo.
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6ccesorios
Y - Tool
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Y - Tool
Este accesorio permite el ingreso de las diferentes +erramientas de
Mell testingN al pozo sin inter,erircon el funcionamiento de la ESP.
O ; 3ool
'omba
Sello
0otor
Y - Tool
P="
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P="
El P*- es unsensor ubicado deba&o del motor que en"$a se!ales
al tablero de control por medio del cable de potencia.
-a informacin sobre la presin# latemper#tur#del fluido del
pozo.
able de potencia 3ablero de control
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