Elevación artificialEs un proceso en el que, cuando la energía natural de la formación es insuficiente para mantener la producción de flujo natural, o aunque el flujo natural sea posible pero la tasa de producción sea insuficiente, se instala equipo mecánico en el pozo para trabajar sobre el fluido, permitiendo que fluya hacia la superficie.
Actualmente, los métodos de elevación más utilizados en el desarrollo de campos de petróleo y gas incluyen:sbomba de varilla de succiónProducción de petróleo y producción de petróleo mediante bombeo sin vástago.bombas de varilla de succiónSe subdividen además en unidades de bombeo de viga y bombas de tornillo, mientras que la producción de aceite para bombas sin vástago incluye la elevación con bombas sumergibles eléctricas, la producción de aceite para bombas de pistón hidráulicas y la producción de aceite para bombas de chorro hidráulicas.
A continuación se compararán las ventajas, desventajas, condiciones aplicables y aplicaciones actuales de las unidades de bombeo, las bombas de tornillo y las bombas eléctricas sumergibles.
I. Comparación de principios de funcionamiento:
1. Unidad de bombeo:Bomba de varilla de succiónLa producción de petróleo es un método de elevación que transfiere la energía de la superficie al fluido del fondo del pozo a través de la varilla de bombeo y la bomba.
La unidad de bombeo es el tipo más común debomba de varilla de succiónproducción de petróleo. Su movimiento alternativo del punto de suspensión se transmite a la bomba de émbolo de fondo de pozo a través de la varilla de bombeo.
Principio de funcionamiento: 1. Bomba de tornillo: La unidad de potencia transmite un movimiento de rotación de alta velocidad al cigüeñal mediante una correa y una caja de cambios, lo que provoca que el cigüeñal gire a baja velocidad. El cigüeñal, a través de una biela y una viga transversal, acciona la viga oscilante, que se mueve hacia arriba y hacia abajo. El cable de suspensión, sujeto al cabezal de la bomba, acciona entonces la sarta de varillas de bombeo en un movimiento alternativo.
2. Bomba de tornillo: Una bomba de tornillo accionada desde la superficie es un método de producción de petróleo en el que el movimiento de rotación del cabezal de accionamiento del pozo se transmite a la bomba de tornillo de fondo de pozo a través de la varilla de succión.
Principio de funcionamiento: A lo largo de toda la longitud de la bomba de tornillo, se forman múltiples cámaras selladas entre la superficie exterior del rotor y la superficie interior del casquillo de goma del estátor. Conforme gira el rotor, estas cámaras selladas se forman continuamente entre el rotor y la superficie interior del casquillo de goma del estátor en el extremo de succión, desplazándose hacia el extremo de descarga hasta desaparecer allí. El aceite es aspirado por la diferencia de presión en el extremo de succión y es impulsado desde este extremo hacia el de descarga, con un aumento continuo de la presión y un caudal muy uniforme.
El funcionamiento de una bomba de tornillo consiste esencialmente en un proceso continuo de formación, movimiento y desaparición de cámaras selladas.
3. Bomba electrosumergible (BES): La alimentación eléctrica en superficie de la BES transmite energía eléctrica al motor sumergible del pozo mediante un transformador, un panel de control y un cable sumergible. Este motor acciona una bomba centrífuga multietapa, que convierte la energía eléctrica en energía mecánica para elevar el fluido del pozo a la superficie.
La unidad de producción de petróleo ESP consta principalmente de tres partes: la unidad de fondo de pozo (que comprende el motor sumergible, el protector, el separador y la bomba centrífuga multietapa); el sistema de transmisión de energía; y el sistema de control de superficie (que comprende el panel de control, el transformador y la caja de conexiones).
Principio de funcionamiento: Cuando el motor hace girar el impulsor del eje de la bomba a alta velocidad, cada partícula de fluido dentro del impulsor se ve sometida a la fuerza centrífuga, siendo impulsada desde el centro del impulsor a través de los canales de flujo entre las palas hacia la periferia. La presión y la velocidad del fluido aumentan simultáneamente. A continuación, el fluido es guiado a la siguiente etapa del impulsor a través de los canales guía. Este proceso se repite, incrementando gradualmente la energía del fluido a través de todos los impulsores, hasta alcanzar una determinada altura de elevación y elevar el fluido a la superficie.
La principal diferencia entrebomba de varilla de succiónLa producción de petróleo y la producción de petróleo mediante bombas sin vástago se basan en el método de transmisión de potencia.Bomba de varilla de succiónLa extracción de petróleo mediante bombeo utiliza una varilla de bombeo insertada en el pozo desde el subsuelo para transmitir energía a la bomba de fondo, la cual bombea el petróleo crudo a la superficie. En cambio, la extracción de petróleo mediante bombeo sin varilla utiliza cables o fluido a alta presión para transmitir energía desde el subsuelo al pozo, impulsando la unidad de fondo para bombear el petróleo crudo a la superficie.
II. Comparación de las principales ventajas y desventajas:
1. Unidad de bombeo:
Principales ventajas:
(1) Equipo sencillo, menos pasos de instalación y desmontaje en comparación con las bombas de tornillo y las bombas eléctricas sumergibles;
(2) Estructura robusta;
(3) Rendimiento confiable y larga vida útil;
(4) Experiencia gerencial relativamente bien establecida.
Principales desventajas:
(1) Equipo voluminoso, inconveniente para el desmontaje, montaje y reubicación en la producción de campos petrolíferos;
(2) Solo apto para pozos poco profundos y de profundidad media;
(3) Gran huella, difícil para pozos desviados y pozos petroleros en alta mar;
(4) Poca adaptabilidad a la arena, la cera, la sal, el agua y el aceite pesado.
2. Bomba de tornillo:
Principales ventajas:
(1) Menor inversión inicial. En comparación con las bombas sumergibles eléctricas y las unidades de bombeo de viga, las bombas de tornillo tienen una estructura más simple y la menor inversión inicial;
(2) Alta eficiencia de bombeo, gran desplazamiento, ahorro de energía y bajos costos de mantenimiento. Las bombas de tornillo funcionan bajo carga estable con mínimas pérdidas mecánicas, logrando una eficiencia de bombeo de hasta el 90 % y una eficiencia del sistema superior al 50 %. El equipo tiene una estructura simple, tamaño reducido y es fácil de mantener;
(3) Adecuado para la extracción de petróleo pesado. Generalmente, las bombas de tornillo son adecuadas para la extracción de petróleo crudo con una viscosidad inferior a 8000 mPa·s, por lo tanto se pueden utilizar en la mayoría de los pozos de petróleo pesado;
(4) Adaptable a pozos con alto contenido de arena. Teóricamente, las bombas de tornillo pueden transportar lodos con un contenido de arena de hasta el 80%, y también pueden producir normalmente incluso cuando el contenido de arena en el petróleo crudo alcanza el 40%;
(5) Adaptables a pozos con alto contenido de gas. Las bombas de tornillo no sufren bloqueo de gas, por lo tanto son más adecuadas para el transporte de petróleo y gas mixtos;
(6) Tamaño reducido y fácil instalación. Adecuado para pozos agrupados y pozos horizontales en campos petrolíferos marinos;
(7) Permite una alta contrapresión en la cabeza del pozo, que se puede controlar dentro de 1,5 MPa o más, lo que es beneficioso para la recolección y el transporte en pozos remotos;
(8) Cuando el motor se detiene, la arena se deposita en la parte superior de la bomba, lo que hace más probable que reanude su funcionamiento.
Principales desventajas:
(1) El estátor está hecho de caucho y se daña fácilmente, por lo que la bomba necesita ser inspeccionada con frecuencia;
(2) La bomba requiere lubricación con fluido;
(3) El caucho del estátor no es resistente a altas temperaturas y no es adecuado para su uso en pozos de inyección de vapor;
(4) Un funcionamiento incorrecto puede causar daños en la bomba;
(5) La altura total es pequeña, el par es grande, la tasa de rotura de la varilla es alta y la carga de trabajo en el fondo del pozo es grande;
(6) El desgaste y la colisión entre la varilla de bombeo y la tubería pueden causar fácilmente daños a la varilla de bombeo y a los componentes relacionados.
3. Bomba sumergible eléctrica
Principales ventajas:
(1) Gran desplazamiento;
(2) Funcionamiento sencillo y gestión conveniente;
(3) Puede aplicarse bien a pozos desviados y pozos horizontales, así como a la producción de petróleo en alta mar;
(4) Tiene cierto efecto en la prevención de la deposición de cera.
Principales desventajas:
(1) La profundidad de bombeo está limitada por la potencia del motor, el diámetro de la tubería de revestimiento y la temperatura del pozo;
(2) Es relativamente caro, con una alta inversión inicial;
(3) Los costos operativos son altos y el tiempo de inactividad es demasiado largo;
(4) Los motores y los cables son propensos a fallar;
(5) Los requisitos de mantenimiento diario son altos.
III. Comparación de las condiciones aplicables y el estado actual de la solicitud:
1. Aplicación de la unidad de bombeo: La extracción de petróleo mediante unidades de bombeo es actualmente el método de extracción de petróleo más utilizado en mi país, con aproximadamente el 60% o más de los pozos petroleros que utilizan este método de elevación.
Con el continuo aumento de la profundidad de bombeo y el volumen de descarga, se presentan con frecuencia situaciones como petróleo pesado, alta viscosidad, alto contenido de arena, inundación por agua y fuerte corrosión. Por lo tanto, la tecnología de extracción de petróleo exige unidades de bombeo con carreras largas, bajas velocidades de bombeo y grandes profundidades. Se han desarrollado muchos tipos diferentes de unidades de bombeo sin viga, tanto a nivel nacional como internacional. Las unidades de bombeo sin viga que se utilizan actualmente en China incluyen principalmente unidades de bombeo de cadena, unidades de bombeo de carrera extendida y unidades de bombeo de banda ancha. 2. Aplicaciones de bombas de tornillo:
Ámbito de aplicación:
(1) Diríjase hacia arriba hasta 1800 m;
(2) Descarga de hasta 240 m³/d, profundidad de bombeo 800 m;
(3) Propiedades del petróleo: petróleo pesado, arenoso, alto corte de agua, pozos de inundación de polímeros, etc.;
(4) Temperatura del pozo hasta 120 ℃;
(5) Pozos verticales o pozos inclinados con una inclinación no mayor de 30 grados.
Las bombas de tornillo tienen amplias perspectivas de aplicación y pueden operar con normalidad en la mayoría de los yacimientos de petróleo pesado y pozos con condiciones de trabajo complejas en todo el mundo. Como dispositivo mecánico de extracción de petróleo, las bombas de tornillo ofrecen ventajas insustituibles para otros equipos de bombeo. En China se han logrado avances significativos en su fabricación y aplicación, y las bombas de fondo de pozo ya conforman una serie consolidada.
Actualmente, los campos petrolíferos de Jilin, Liaohe, Jidong y el norte de China utilizan bombas de tornillo para la extracción en frío de crudo pesado. Tras varios años de práctica en campo, se han obtenido buenos resultados, convirtiendo a las bombas de tornillo en el principal método de elevación para la extracción de crudo pesado. 3. Aplicación de bombas electrosumergibles (BES): Gracias a su gran caudal, la sencillez de sus equipos de superficie y su método de transferencia de energía, las BES se utilizan comúnmente en pozos de alto rendimiento y durante periodos de contenido de agua medio a alto como método de elevación artificial para incrementar la producción de fluidos y mantener la producción de crudo.
En los últimos años, los principales yacimientos petrolíferos y bloques de fallas han entrado en fases de alto contenido de agua, lo que ha provocado un aumento continuo en el número de pozos ESP.
Determinar correctamente la profundidad de bombeo y seleccionar la bomba electrosumergible (BES) adecuada según la productividad del pozo para lograr una eficiencia óptima, así como comprender a fondo las condiciones de operación de la unidad de fondo durante la producción del pozo con BES y analizar las causas de las fallas, son aspectos cruciales para aprovechar el potencial del pozo, garantizar el funcionamiento eficaz del equipo y extender los ciclos de mantenimiento de la bomba. Estos son aspectos importantes para mejorar la tecnología de gestión de la producción de pozos con BES en la producción de yacimientos petrolíferos.
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