Trabajo de Bombeo Neumatico Trabajo Terminado

8/17/2019 Trabajo de Bombeo Neumatico Trabajo Terminado

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SISTEMAS ARTIFICIALES DE PODUCCION

Bombo Neumático Página 1

Nombre Del Docente: Ing. Rolando Pacheco Ramos

Nombre De La Materia: Sistemas De Producción Artificial

Nombre De La Carrera: Ing. Petrolera

Nombre De La Unidad: Bombeo Neumático

Nombre Del Equipo: Barrientos Hernández Juan Carlos

Barrientos Hernández Oscar

Cruz Ramos Edilberto

Domínguez González Miguel Alberto

Martínez Tenorio Víctor Alfonso

Martínez Tomas Efrén

Rivera Montero Alma Jessica

Rodríguez Hernández José María

Valencia Prieto Josselin

Zamudio Soriano Diego Luis

8° Semestre Grupo 807-A


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INDICE DE FIGURAS

Fig.1-1. Esquema del sistema completo del BN………………………………………… 6Fig. 1-2. Principio de operación del BN………………………………………………….. 7

Fig. 1-3. Bombeo neumático continuo…………………………………………………… 8Fig. 1-4. Bombeo neumático intermitente……………………………………………….. 10Fig. 1-5. Tipos básicos de instalaciones de BN…………………………………………. 14Fig. 1-6. Medio árbol de válvula…………………………………………………………... 15Fig. 1-7. Árbol de válvulas…………………………………………………………………. 15Fig. 1-8. Trineo de inyección de gas y partes que los componen…………………… 18Fig. 1-9. Válvulas de control de flujo tipo bola…………………………………………. 19Fig. 1-10. Válvulas de retención………………………………………………………….. 20Fig. 1-11. Válvulas superficiales………………………………………………………….. 21Fig. 1-12. Válvula recuperable……...…………………………………………………….. 22Fig. 1-13. Empacadores recuperables…………………………………………………… 23

Fig. 1-14. Tipos de diseño…………………………………………………………………. 25Fig. 1-15. Diagnóstico de falla……………………………………………………………. 26Fig. 1-16. Diagnóstico de fallas en la superficie……………………………………….. 27Fig. 1-17. Caída de Presión de T.R. a través de la Válvula Operante……………….. 28Fig.1-18. Componentes de válvula BN………………………………………………….. 36Fig.1-19. Weight of gas column………………………………………………………….. 42Fig.1-20. Temperature correction factors for nitrogen based on 60 F………………. 44Fig.1-21. Relación de calores específicos en función de la temperatura y ladensidad relativa……………………………………………………………………………. 47Fig.1-22. Válvula cerrada a punto de abrir ………………………………………………. 48Fig. 1-23. Válvula abierta a punto de cerrar ……………………………………………... 49

Fig. 1-24. Válvula desbalanceada operada por fluidos de la formación……………..

50Fig. 1-25. Válvulas balanceadas………………………………………………………….. 51Fig. 1-26. Válvula diferencial……………………………………………………………… 52Fig. 1-27. Inyección de gas de una válvula de BN para flujo continuo………………. 53Fig. 1-28. Representación gráfica de la presión de fondo fluyendo y mecanismo delbombeo neumático en flujo continuo……………………………………………………..

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Fig. 1-29. Terminación teórica del sistema de BNC de dos etapas con las curvasde gradiente de presión…………………………………………………………………….

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Fig. 1-30. Comparación de los trazos de las curvas de presión entre lasinstalaciones de BN estándar y la de dos etapas para diferentes yacimientos ycaracterísticas del pozo……………………………………………………………………. 56Fig. 1-31. Curva de desempeño de bombeo neumático………………………………. 57Fig.1-32. Gastos máximo y mínimo aproximados para una correcta operación deflujo continuo……………………………………………………………………………….. 57


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INDICE

Introducción…………………………………………………………………………. 51.1 bombeo neumático…………………………………………………………….. 61.2 principio de operación del bombeo neumático……………………………... 71.3 bombeo neumático continuo…………………………………………………. 8

1.4 bombeo neumático intermitente……………………………………………… 91.5 características del bombeo neumático……………………………………… 11

1.5.1 limitaciones del bombeo neumático…………………………………... 111.5.1.1 las principales ventajas y desventajas presentes en el

bombeo neumático………………………………………………………………… 111.5.2 tipos de instalaciones de bombeo neumático……………………….. 12

1.5.2.1 instalación abierta………………………………………………... 131.5.2.2 instalación semicerrada…………………………………………. 131.5.2.3 instalación cerrada………………………………………………. 14

1.6 equipo superficial……………………………………………………………… 151.6.1 árbol de válvulas……………………………………………………….. 15

1.7 conexiones superficiales…………………………………………………….. 181.7.1 válvulas de control……………………………………………………… 191.7.2 válvulas de retención…………………………………………………… 20

1.8 otros equipos superficiales…………………………………………………… 211.9 equipo subsuperficial………………………………………………………….. 22

1.9.1 tubería de producción…………………………………………………... 221.9.2 válvulas de inyección de gas………………………………………….. 221.9.3 empacadores……………………………………………………………. 231.9.4 tipos de empacadores………………………………………………….. 231.9.5 accesorios para equipo subsuperficial……………………………….. 23

1.10 diseño de aparejos de bombeo neumático……………………………….. 25

1.11 identificación y corrección de falla…………………………………………. 261.11.1 como definir un pozo de bombeo neumático con falla de aparejo…… 27

1.11.2 anomalías que se pueden presentar durante la inducción y comocorregirlas…………………………………………………………………………… 29

1.11.3 anomalías por las cuales deja de fluir un pozo de bombeo neumático……. 301.11.4 anomalías que se presentan en un pozo de bombeo neumático…………… 311.12 mecanismo de las válvulas subsuperficiales de BN……………………… 351.13 componentes de las válvulas de BN………………………………………. 361.14 clasificación de las válvulas de BN………………………………………… 37

1.14.1 presión de apertura de la válvula bajo condiciones deoperación........................................................................................................ 371.14.2 presión de cierre de la válvula bajo condiciones de

operación……………………………………………………………………………. 391.14.3 amplitud de las válvulas (spread)……………………………………. 401.14.4 gradiente de la columna de gas……………………………………… 411.14.5 presión de apertura en el taller (Ptro)……………………………….. 43

1.15 válvula desbalanceada operada por presión del gas de


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inyección…………………………………………………………………………..... 48

1.16 válvula desbalanceada operada por presión del gas deinyección……………………………………………………………………………. 491.17 diseño de instalaciones de BN……………………………………………… 58Conclusión………………………………………………………………………….. 59Nomenclatura………………………………………………………………………………. 60Bibliografía………………………………………………………………………….. 61


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INTRIDUCCION

Cuando se perfora un pozo petrolero la energía interna del yacimiento esaprovechada para elevar el hidrocarburo hasta la superficie esto se conoce como

Sistema Natural o Pozo Fluyente.

Cuando por explotación, la presión en el yacimiento no es suficiente para elevar elcrudo hasta la superficie, entonces se acude a sistemas artificiales de producción(SAP), son aquellos que de acuerdo a su diseño se adecuan a las característicasdel pozo para continuar su explotación.

Generalmente, más de un método de levantamiento puede ser usado, para suinstalación deben considerarse los aspectos técnicos y un análisis económico.

Hoy en día alrededor del mundo más de 90% de los pozos productores requierenla implementación de un SAP.

Métodos que pueden clasificarse como SAP, son:

Bombeo Neumático.

Bombeo Mecánico.

Bombeo Hidráulico.

Bombeo Electrocentrifugo.

Bombeo de Cavidades Progresivas.

Embolo viajero.

Sistemas Híbridos.

El Bombeo Neumático fue el primer sistema artificial empleado, en el presentetrabajo trataremos su principio de operación y componentes que lo integran.

Este sistema consiste en recuperar hidrocarburos de un yacimiento por la tuberíade producción (T.P) por medio de gas inyectado a presión a través del espacioanular.

Este método está basado en la energía del gas comprimido en espacio anularsiendo esta la fuerza principal que hace elevar el aceite a la superficie. Este

sistema es el que más se parece al proceso de flujo natural.


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1.1 BOMBEO NEUMATICO

Consiste en la inyección continua o intermitente de gas a presión en la parteinferior de la tubería de producción para mantener o aumentar el potencial de flujo

del pozo. El gas inyectado por el espacio anular se mezcla en la tubería deproducción con los fluidos provenientes del yacimiento, disminuyendo el gradientede flujo, permitiendo a los pozos operar a una menor presión de fondo,manteniendo o aumentando la producción.

En el Bombeo Neumático el trabajo para aumentar el gasto de producción inicia enla superficie, donde se encuentra un compresor de gas, que trasmite al pozo unacorriente de gas a alta presión para que se eleven los fluidos desde el punto deinyección (preferentemente los más profundo posible) hasta la superficie. El BN esun sistema que puede ser empleado para un campo o grupo de pozos, unesquema completo se muestra en la Figura 1-1.

Fig.1-1. Esquema del sistema completo del BN


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1.2 PRINCIPIO DE OPERACIÓN DEL BOMBEO NEUMÁTICO

El BN consiste en inyectar gas a alta presión en el fondo del pozo para descargarlos fluidos a la superficie. Para que lo anterior pueda ocurrir el gas cumple tresimportantes funciones que se representan en la Figura 1-2:

Disminuye la densidad del f luido : Al entrar en contacto el gas a alta presión conlos fluidos provenientes del yacimiento, la columna de líquido se gasificaincrementando el volumen aparente de la columna y resultando en unadisminución de la densidad de la columna de fluido.

Expansión del gas : Al hacer el recorrido dentro de la tubería de producción el gasaumenta su volumen (se expande) debido a que hay una reducción de la presiónconforme disminuye la profundidad.

Desp lazam ien to de líqu ido : Cuando las burbujas son lo suficientemente grandescomo para ocupar todo el diámetro interno de la tubería de producción, se creauna interfaz de líquido-gas formando baches de líquido que son desplazados porla corriente ascendente de gas subyacente.

Fig. 1-2. Principio de operación del BN


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1.3 BOMBEO NEUMÁTICO CONTINUO

En el BN Continuo se inyecta continuamente gas al pozo para gasificar la corrientede líquido, con el objetivo de aligerar la columna de líquido dentro del pozo, eincrementando la caída de presión en la cara de la formación. Esto resulta en un

aumento de la RGL del pozo. Este método solo es aplicable a pozos que tienenuna menor RGL natural óptima y una presión en el yacimiento lo suficientementealta como para mantener el gasto deseado aun cuando la RGL se incremente. Seutiliza en pozos con producción de arena y relativamente profundo. Este métodode levantamiento artificial, es el que ms se aproxima al comportamiento de unpozo en un flujo natural. La Figura 1-3 muestra un esquema típico de un pozooperando con BN continuo.

Dado que la presión de inyección de gas es normalmente mucho más baja que lapresión del yacimiento estática, las válvulas de BN se instalan en el aparejo parapermitir que el pozo quede progresivamente descargado, estableciendo así la

profundidad de inyección operativa tan profunda como sea posible. El diseño delaparejo del BN se refiere a la posición y el funcionamiento de las válvulasseleccionadas, teniendo en cuenta las condiciones de operación previstas.

Fig. 1-3. Bombeo neumático continuo


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1.4 BOMBEO NEUMÁTICO INTERMITENTE

El BN Intermitente es aquel donde se inyecta gas bajo la columna de líquidoacumulada en el fondo del pozo, para desplazar el bache de líquido hacia lasuperficie (Figura 1-4). Dicha operación se repite tan pronto como un bache delíquido suficientemente grande se ha acumulado otra vez en el fondo del pozo. Laslimitaciones del bombeo intermitente están relacionadas principalmente con eltiempo de ciclo, que se puede determinar entre la producción de los bachessucesivos y el volumen de líquido que puede ser eficientemente levantado comoun bache, el gas tiende a expandirse dentro del bache, y parte del líquido cae denuevo al fondo del pozo formando parte de un nuevo bache que posteriormenteserá descargado en el siguiente ciclo.

Los parámetros que controlan la operación principalmente son:

El desempeño del flujo La longitud y diámetro de la tubería La presión del gas El gasto de inyección del gas y la longitud Peso y viscosidad del bache de líquido.

Una alternativa para evitar la caída del líquido hacia el fondo del pozo es colocarun émbolo que sirva de interfaz entre el gas y el bache de líquido. A estaalternativa se le conoce como embolo viajero o embolo intermitente de elevaciónasistida. El émbolo puede ser una alternativa atractiva para los pozos que ya no

son eficientes con BN Continuo o Intermitente. Es recomendable en la inyección intermitente en el caso de los pozos deproducción relativamente baja, en los casos de bajo índice de producción, o debaja presión de formación.

En el levantamiento intermitente, el gas inyecta a intervalos regulares quecoinciden con la tasa de llene del pozo, por la información productora y también serealiza inyectando gas por más de una válvula. En este caso la instalación debeestar diseñada de forma que las válvulas abran justo cuando el fondo del tapón defluidos las pasa.


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Fig. 1-4. Bombeo neumático intermitente


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1.5 CARACTERÍSTICAS DEL BOMBEO NEUMÁTICO

1.5.1 Limitaciones del bombeo neumático.

Para su operación se requiere una fuente adecuada y constante de gas a lolargo de la vida del proyecto. Por otra parte si la fuente de gas es deficiente(baja presión, gas húmedo, corrosivo, etc.) es necesario hacer unacondicionamiento del gas y el aumento en la inversión es significativo alinstalar una planta de acondicionamiento de gas para solucionar dichoproblema.

Cuando el levantamiento continuo no es capaz de reducir la presión deadmisión, como resultado, el bombeo no puede llegar a presiones bajas defondo del pozo. Esto dará lugar a una mayor contrapresión en el sistema,limitando así el potencial de producción del pozo, incluso afectando larecuperación final de hidrocarburos. Dicho problema se hace más evidenteal aumentar la profundidad y la presión del yacimiento.

1.5.1.2 Las principales ventajas y desventajas presentes en el bombeoneumático son:

Ventajas

El BN puede operar sobre una amplia gama de condiciones de producción,puede ser diseñado para elevar miles de barriles por día o menos de un barril

por día.

Puede manejar cantidades significativas de sólidos (por ejemplo, arena).

El BN tiene una capacidad inherente a la manipulación del gas, uninconveniente grave con muchas otras formas de levantamiento artificial.

La misma instalación de BN puede ser diseñado para elevar fluidos a unaprofundidad cercana a la superficie en una etapa inicial y elevar fluidos a unaprofundidad cercana a la total cuando el pozo ya no tiene suficiente energía.

Las instalaciones pueden ser diseñadas para ser discretas.

Es accesible para monitorear, intervenir y reparar el pozo.

Puede ser aplicado para cualquier configuración del pozo (desviado,horizontal, dual).

La fuente de energía se localiza en superficie, por lo tanto los componentesdel subsuelo son baratos y de fácil remplazo con cable de acero (conexcepción de pozos submarinos).


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Los costos de operación son relativamente bajos y están en función directa delos costos de combustible y del sistema de monitoreo de las instalaciones.

Desventajas

La inversión inicial puede ser significativa debido a los altos costos decompresión, pero pueden reducirse con la implementación de una planta dedistribución central y los beneficios de requerimientos de compresión (deventas, re-inyección).

El BN no siempre esta fácilmente disponible, debido a la escases de gas deinyección. Sin embargo, el aire y gases “exhaustos” pueden utilizarse enalgunos casos.

La distancia entre los pozos puede limitar la selección del BN, ya que serequerirá una fuente de mayor presión para mantener la presión de operaciónde cada pozo.

El BN puede causar emulsiones y crudo viscoso, los cuales son difíciles delevantar de manera eficiente.

Es difícil diseñar una instalación de bombeo neumático para la zona inferior enuna instalación dual si esta zona esta muchos metros (mil metros o más) pordebajo de la zona superior y tiene una presión de fondo muy baja, en especialpor el tamaño reducido del revestimiento de la zona inferior.

Las tuberías deben soportar presiones elevadas (sobre todo al momento de lainyección).

Formación de hidratos y congelamiento de las líneas de inyección.

Puede ser peligrosa su implementación en zonas urbanas, debido a que semanejan líneas de alta presión.

1.5.2 Tipos de Instalaciones de Bombeo Neumático

En el bombeo neumático podemos tener diferentes tipos de instalaciones, inclusoen pozos vecinos puede haber una diferencia sustancial en la instalación delaparejo aunque ambos sean producidos por bombeo neumático. En general el tipode instalación se basa principalmente en si el pozo será producido medianteinyección continua o intermitente, esto dará también la pauta para la selección del

tipo de válvulas de inyección de gas, una diferencia entre las válvulas, es que lasde bombeo intermitente al momento de abrir inyectan una gran cantidad de gas enun lapso de tiempo relativamente corto para lograr elevar el bache de líquido hastala superficie.

El tipo de instalación está fuertemente influenciada por las característicasmecánicas (tipo de terminación). Es necesario determinar cómo variarán las


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condiciones de producción con respecto al tiempo, esto debe incluir un análisis delcomportamiento de la presión de fondo y del índice de productividad.

1.5.2.1 Instalación Abierta

En este tipo de instalación, la tubería de producción está colgada al cabezal sinempacador. Esto quiere decir que hay una comunicación entre el espacio anular yel fondo de la tubería de producción. Esta instalación preferentemente debe serimplementada en pozos con buenas características de producción, que tengas unnivel alto de fluidos y permitan la formación de un sello líquido, generalmente serecomienda únicamente para pozos con bombeo neumático continuo. Una razónpara restringir el uso de este tipo de instalación es la presión variable en la líneasuperficial, esta variación de presión ocasionara un movimiento en el nivel delfluido del espacio anular y pudiendo dejar expuestas las válvulas situadas debajodel punto de inyección a una erosión severa con el fluido.

Otra desventaja es que cada vez que el pozo necesite ser cerrada, al momento dereabrirlo hay que descargarlo y reacondicionarlo nuevamente debido a quemientras estuvo cerrado hubo un aumento en el nivel de fluido en el espacioanular. Al momento de descargarlo, dicho fluido debe ser descargado por elespacio anular sometiendo nuevamente a las válvulas a una erosión adicional.Debido a los múltiples problemas encontrados, no es recomendable unainstalación abierta, salvo en casos donde no sea posible colocar un empacador

1.5.2.2 Instalación Semicerrada

Esta instalación es similar a la instalación abierta, la diferencia es que se agregaun empacador de producción para sellar el espacio anular entre la tubería deproducción y la tubería de revestimiento. Esta instalación puede ser implementadaen pozos con bombeo continuo o intermitente y no disminuir su eficiencia. Una delas ventajas es que una vez que el pozo ha sido descargado no hay manera deque el fluido regrese al espacio anular ya que todas las válvulas tienen dispositivoscheck para evitar el retorno del flujo, a su vez, se evitará que cualquier flujoabandone la tubería de producción.Otra ventaja de una instalación Semicerrada es que al momento de hacer unaintervención al pozo y que en dicha operación sea necesario un incremento en lapresión en el fondo del pozo, la tubería de revestimiento no estaría expuesta a lapresión de dicha operación y podríamos evitar algún daño a la infraestructurasuperior del pozo.


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1.5.2.3 Instalación Cerrada

Este tipo de instalación es similar a una instalación Semicerrada, excepto que secoloca una válvula de pie en la tubería de producción. Aunque la válvula de pie secoloca normalmente en el fondo del pozo, esta también puede colocarse

inmediatamente debajo de la válvula operante. Esta válvula de pie evita que lapresión del gas (cuando se inyecta dentro de la tubería de producción) actué sobrela cara de la formación, estas válvulas son por lo general colocadas en pozos conbaja presión de fondo, en el cual el fluido puede ser fácilmente forzado a entrar ala formación. En instalaciones de bombeo intermitente también es recomendableusarlas debido a la rápida entrada del gas cuando la válvula operante está enposición abierta. Posiblemente el uso de una válvula de pie pueda aumentar laproducción diaria de un pozo con bombeo neumático intermitente.

Fig.1-5. Tipos básicos de instalaciones de BN.


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1.6 EQUIPO SUPERFICIAL

El sistema de bombeo neumático consta fundamentalmente de dos equipos: Equipo superficial Equipo subsuperficial.

El equipo superficial es el conjunto de mecanismos en superficie, con el objetivode controlar y regular el equipo necesario para poner en operación el sistema BN,además para conducir y controlar la producción a las líneas de descarga y aequipos de transporte o almacenamiento y consta de:

a) Árbol de válvulasb) Conexiones superficialesc) Línea de inyección de gas.

1.6.1 Árbol de válvulas

Es un conjunto de mecanismos de control, monitoreo y otros accesorios con el finde controlar la producción del pozo, también se conoce como “Árbol de navidad”(figura 1.7). Se compone de: válvulas, cabezales, carretes, colgadores, sellos detubería, y estranguladores. El árbol de válvulas tiene como fin proveer:

Soporte para instalar el equipo de control superficial. Bases para colocar las cuñas que soportan las diferentes tuberías de

revestimiento. Tuberías por donde inyectar o conducir los fluidos del pozo.

Fig. 1-6. Medio árbol de válvula Fig. 1-7. Árbol de válvulas


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Partes del árbol de válvula (Fig. 1-8)

1.- Válvula Superior2.- Distribuidor de flujo3.- Válvulas. Laterales de T.P.

4.- Porta estrangulador o cruceta5.- Válvula Maestra6.- Combinación o adaptador7.- Opresores de la bola colgadora8.- Asiento interior para bola colgadora9.- Válvulas. Laterales de T.R 6 5 /8"∅ 10.- Cabezal de T.R., 6 5 /8 "∅ 11.- Cabezal de T.R. 9 5 /8"∅ 12.- Asiento interior para bola colgadora T.R. 6 5 /8"∅ 13.- Válvulas. Laterales de T.R. 9 5 /8"∅ 14.- Rosca para tubería T.R. 9 5 /8"∅

15.- Tubería T.R. 9 5 /8"∅ 1. Válvula Superior.- Se utiliza para tomar presión de T.P., para diferentesoperaciones sin interrumpir el flujo del pozo, colocar un lubricador paraoperaciones con línea de acero, circulación en inversa, introducción de tuberíaflexible, calibración de T.P.

2. Distribuidor de Flujo.- Como su nombre lo indica distribuye los fluidos haciauno u otro ramal de T.P., hacia la línea de recolección.

3. Válvulas Laterales T.P. abiertas permitir o cerradas impedir el paso del fluido

hacia la línea de recolección.4. Porta Estrangulador.- Para instalar un estrangulador fijo y en caso de tenerválvula en la tapa, tomar presiones en T.P.

5. Válvula Maestra.- Total control del pozo.

6. Combinación o adaptador.- permite acoplar (2) medias bridas de diferentesmedidas, la de la válvula Maestra y la del cabezal de distribución de T.R. de 6 5/8"∅, en el interior se aloja la bola colgadora que suspende a la tubería deproducción.

7. Opresores de la bola colgadora.- Sirven para centrar y fijar la bola colgadora .

8. Asiento interior para bola colgadora.- lugar donde se aloja la bola colgadora.

9. Válvulas laterales de T.R. de 6 5/8" .- Sirven para tomar presiones de latubería de revestimiento 6 5 /8"∅ y permitir o impedir el flujo de los fluidos en caso


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de que los hubiera, asimismo otro tipo de operaciones como registros deecómetro, inyección de fluidos u otros productos al espacio anular.

10. Cabezal de T.R. 6 5/8" .- Permite instalar el medio árbol superior, tambiénpermite instalar el cabezal de T.R. 9 5 /8”∅, las válvulas laterales de T.R. 6 5 /8"∅ y

alojar la bola colgadora.11. Cabezal de T.R. 9 5/8" .- Permite instalar el cabezal de T.R. 6 5 /8”, se acoplapara suspender roscada la tubería de 9 5 /8"∅, instalar las válvulas laterales y enel asiento interior alojar la bola colgadora para T.R. 6 5 /8"∅.

12. Asiento Interior para bola Colgadora TR 6 5/8"ø.- Es la parte del cabezal deTR 6 5 /8"ø, que permite alojar la bola coladora de la cual va suspendida la tuberíade revestimiento 6 5 /8"ø.

13. Válvula Lateral TR 9 5/8"ø.- Mecanismo que forma parte del árbol de válvulas

que permite depresionar la tubería de revestimiento 9 5 /8"ø.14. Rosca para Tubería de TR 9 5/8"ø.- Parte que permite roscar o acoplar latubería de revestimiento 9 5 /8"ø.

15. Tubería TR 9 5/8"ø.- Es una de las 3 tuberías que componen la instalaciónsubsuperficial lo cual bien cementada representa la base o seguridad del pozo.


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1.7 CONEXIONES SUPERFICIALES

Son un conjunto de tuberías, niples, codos, tuercas unión, válvulas, bridas, que seconectan de acuerdo a las necesidades requeridas y tienen la función de conducirlos fluidos producidos por el pozo a la línea de descarga, así también conducir el

gas inyectado a presión. Las conexiones superficiales de un pozo con un sistemade bombeo neumático constan fundamentalmente de:

a) Línea de descargab) By-passc) Línea de inyección de gas.

a) Línea de descarga

Es el equipo de tuberías que parte del árbol de válvulas hacia la estación deseparación, en estas tuberías se transporta la producción de aceite, gas, arena y

agua(los dos últimos dos son considerados no hidrocarburos).b) By-pass

Es un equipo superficial, que está colocada en un árbol de válvulas, el cual sirvepara comunicar la tubería de revestimiento con la tubería de producción, asímismo permite corregir algunas fallas en el aparejo de las válvulas. Además esuna conexión de apoyo a las conexiones de superficie como la línea de descargapara asegurar el flujo hacia la batería de separación.

c) Línea de inyección de gas

Es un conjunto de tuberías y conexiones por medio del cual se transporta el gasque sirve como suministro al bombeo neumático. Su función es la de medir,conducir, regular y controlar con seguridad la inyección de gas a presión para unsistema artificial que utiliza el bombeo neumático.

Fig. 1-8. Trineo de inyección de gas y partes que los componen


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1. Válvula de control2. Garza3. Válvula de Control4. Válvula de Aguja5. Tuerca Unión

6. Válvula Motora7. Piloto Interruptor de Ciclos8. Aparato Registrador de Flujo9. Fitting10 Tuerca Unión11. Válvula de Retención (Check)

1.7.1 Válvulas de controlOtro equipo superficial importante son las válvulas de control, el cual sonmecanismos que se utilizan para controlar los flujos de fluidos. En un sistemaartificial de bombeo neumático se utilizan principalmente válvulas 2” de diámetro.Las válvulas más utilizadas en el bombeo neumático son; las válvulas decompuerta con sello metal de hule o las válvulas de compuerta con sello metal-metal.

Fig. 1-9. Válvulas de control de flujo tipo bola


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1.7.2 Válvulas de retención

El diseño de estas válvulas permite el flujo de un fluido en una sola direcciónimpidiendo así el regreso del fluido cuando se presentan contrapresiones, graciasa su diseño pueden manejar tanto líquidos como gases. Estas válvulas se

conocen de tres tipos:• Check• Válvula pistón • Válvula de retención

Fig. 1-10. Válvulas de retención


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1.8 OTROS EQUIPOS SUPERFICIALES

Los equipos que a continuación se muestran también forman parte del equiposuperficial del BN.

a) Válvula de aguja Es un equipo de control, que por su diseño permite controlar en forma adecuadauna cantidad de fluido de un líquido o gas en diferentes etapas y su instalaciónestá localizada en la línea de inyección de gas, su principal función es regular lainyección de gas en el espacio anular

b) Tuerca uniónEs un accesorio por medio del cual se logran las conexiones de las líneas,permitiendo un sello efectivo para fluidos del pozo como para gas

c) FiltrosSu función es la de eliminar los líquidos y sólidos que van mezclados al gas delbombeo neumático

Fig. 1-11. válvulas superficiales


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1.9 EQUIPO SUBSUPERFICIAL

Son mecanismos que se encuentran en el interior del pozo y que contribuyen aelevar los fluidos de la formación a la superficie. El equipo subsuperficial delBombeo Neumático consta de:

a) Tubería de producción.b) Válvulas de inyección de gas.c) Empacadores.d) Válvula de pie.e) Accesorios.

1.9.1 Tubería de producción

Es una tubería que en el extremo inferior va conectado un accesorio conocidocomo niple campana, la tubería va alojada en el interior de la tubería de

revestimiento. En la superficie la T.P está sostenida por un accesorio llamadocolgador envolvente para tubería de producción, esta se aloja en el medio árbol deválvulas.

1.9.2 Válvulas de inyección de gas

Son dispositivos cuyo diseño permiten la inyección de un volumen regulado de gasa través del espacio anular a la T.P, con la finalidad de disminuir la densidad de lamezcla de los fluidos procedentes del pozo a través de la T.PLas válvulas de inyección de gas se clasifican de acuerdo a su extracción ointroducción en el interior del pozo, estas son:

a) Convencionales Es aquella válvula instalada en un adaptador en el exterior de un mandril, el cualse introduce al pozo como parte de la T.P y éstas pueden ser de resorte o decarga de nitrógeno en el fuelle. Para recuperar la válvula es necesario extraer laT.P del pozo.

b) RecuperableEs aquella que se localiza dentro del bolsillo de un mandril, el cual se introduce alpozo como parte de la T.P del pozo, puede alojarse y recuperarse por los métodosde línea de acero sin tener que extraer la T.P. La figura 1.13 muestra un ejemplode una válvula recuperable.

Fig. 1-12. válvula recuperable


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El dispositivo donde se instalan las válvulas se le conoce como mandril, el cual esun dispositivo que ayuda a las válvulas a retenerlas en la T.P, ya sea en el exteriordel mandril como es el caso de las válvulas convencionales o dentro del bolsillodel mandril como es el caso de las válvulas recuperables.

1.9.3 EmpacadoresEl empacador es un dispositivo el cual aísla la zona del espacio anular que hayentre la T.P y la T.R incrementando la eficiencia de flujo, las principales ventajasson:

Bloquea el paso de fluidos al espacio anular o del espacio anular a la T.P. Elimina la presión en la tubería de revestimiento arriba del empacador. Los fluidos corrosivos, arena, etc., fluyen únicamente por la T.P lo que

mantiene la T.R sin ser dañada. Aísla los intervalos productores.

1.9.4 Tipos de empacadores Empacador recuperable Empacador permanente. Empacador semipermanente.

La selección de uno u otro va a depender de las condiciones que tenga el pozo.

Fig. 1-13. empacadores recuperables

1.9.5 Accesorios para equipo Subsuperficial

a) NiplesEs un dispositivo complementario de un empacador tipo semipermanente, cuya

finalidad es evitar el paso de fluidos en las juntas de metal-metal.

b) Válvula de pieSe instala en el fondo del pozo, es necesario en pozos de baja recuperación, sinsu instalación, el fluido puede desplazarse dentro de la formación en lugar de ir asuperficie, este dispositivo se conoce también como válvula de retención.


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Mandriles de bolsilloEl objeto de los mandriles de bolsillo es el de alojar la válvulas recuperables degas lift. Con la válvula instalada, el mandril proporciona un diámetro interior igual aldel tubing. En el momento de la terminación del pozo, se puede instalar estosmandriles con válvulas falsas en anticipación de aprovecharse de la tecnología

gas lift a futuro.Los mandriles son parte integrante de la sarta de tubing y no presentan ningúnpeligro de escapes. Al llegar el momento de iniciar el régimen gas lift, con el cablede acero se sacan las válvulas falsas (o ciegas) y se instalan las válvulasoperacionales. Se puede sacar e instalar las válvulas gas lift selectivamente.


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1.10 DISEÑO DE APAREJOS DE BOMBEO NEUMÁTICO

Hay dos tipos de diseño en la operación de los sistemas de BN:

Flujo continuo: inyección controlada de gas

Flujo intermitente: flujo bache

Fig. 1-14. tipos de diseño

Para el diseño del aparejo de válvulas de flujo continuo se toman en cuenta lassiguientes condiciones:

• Profundidad del intervalo productor.• Diámetro de la tubería de producción.• Diámetro de la tubería de revestimiento.• Presión de gas disponible.• Volumen de gas disponible.• Volumen de fluido por recuperar.• Gradiente de presión estática.• Gradiente de presión fluyendo.


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1.11 IDENTIFICACIÓN Y CORRECCIÓN DE FALLA

Mediante el análisis de las presiones superficiales en las tuberías de revestimientoy producción, se pueden diagnosticar muchos problemas.Este análisis permite corregir problemas existentes sin necesidad del empleo de

registros subsuperficial o de la realización de reparaciones a los aparejos deproducción.Las gráficas empleadas pueden utilizarse para el análisis de instalaciones debombeo neumático continuo e intermitente.

Una instalación de BN siempre debe contar con un registrador de presión.

Fig. 1-15. diagnóstico de falla

Es posible determinar:

a) Secuencia de la descarga del pozo.b) Operación de la válvula operante.c) Fugas en el aparejo de producción.d) Incremento excesivo de la presión en la TR durante la inyección.e) Apertura de una o más válvulas por ciclo de inyección.f) Apertura y cierre de la válvula operante en flujo continuo.

Con las presiones superficiales en TR y TP se pueden determinar también:

a) Fugas en el asiento de la válvula motora del control de tiempo en el BNI.b) Fallas mecánicas del sistema de relojería en el BNI.

TOMA DE LA PRESIÓN

EN TR

TOMA DE LA PRESIÓN EN TP


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Fig. 1-16. diagnóstico de fallas en la superficie

Con las presiones superficiales en TR y TP se pueden determinar también:

c) Congelamiento en la línea de inyección de gas.d) Pérdidas de presión en la línea de inyección.e) Volumen de gas de inyección inadecuado en el sistema.f) Excesiva contrapresión en la cabeza del pozo.

1.11.1 Como Definir Un Pozo De Bombeo Neumático Con Falla De Aparejo

Cuando un pozo de bombeo neumático presenta fallas en el aparejosubsuperficial, es necesario definirlo.

1. Para efectuar este proceso, es necesario conocer las causas probables, queoriginan este descontrol.

2. Así también conocer la instalación subsuperficial instalada en el pozo enmención (estado mecánico).

1-A. Las causas probables se conocen, mediante la interpretación de la gráfica,instalada en el aparato registrador de flujo, que está instalado en lalínea de inyección de gas de bombeo neumático (trineo).

1-B. También normaremos un criterio, tomando el registro gráfico de presioneso lecturas manométricas, en el manómetro que está instalado en la

∅, instalada en el aparato registrador de flujo.


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Procedimiento Para Definir La O Las Fallas De Un Aparejo De BombeoNeumático

Con la interpretación de la gráfica sabremos cual es la falla que presenta el

aparejo de bombeo neumático (B.N.) y su probable causa.El manómetro tiene una función importante pero su lectura es instantánea, adiferencia de la gráfica donde queda impreso el comportamiento de la falla.

1. En gráfica o manómetro cuando la caída de presión del espacio anular eslenta (contra reloj), la falla se considera en la válvula operante y puede serpor calzamiento, o descalibración (ver fig. 1-17.).

Fig. 1-17. Caída de Presión de T.R. a través de la Válvula Operante.


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Corrección: Se igualan las presiones de T.R. a T.P. por medio del By Pass,depresionando en forma brusca la presión de T.P. tratando de limpiar la válvulaoperante.

2. Cuando la caída de presión de T.R. espacio anular registrado en gráfica o

manómetro, es rápida o franca, esta lectura se obtiene contra reloj. La falla seconsiderará por rotura de cople en T.P. o desprendimiento de la tubería deproducción, por rotura.

Corrección: Hay que extraer la tubería de producción, revisarla, cambiarcople o tramo dañado.

3. Cuando el llenado del espacio anular es retardado, contra reloj, (el igualamientode presiones entre T.R. y T.P. no se logra en tiempo normal) se consideraráque la falla es en el empacador ya que parte del volumen del gas inyectado, sepierde hacia la formación y más cuando ésta es débil.

Corrección: Hay que cambiar el empacador

4. Se toma un registro de nivel (ecómetro) para determinar la profundidad del nivelen el pozo (nivel dinámico).

5. Se recuperan las gráficas, tanto del aparato registrador como la del registro deecómetro y se concentran a la oficina (jefatura) para su análisis.

Una vez que se cuenta con todo el condensado de información y que se hayadeterminado la probable falla de A.B.N. (aparejo de bombeo neumático), sesolicita la reparación o reacondicionamiento del pozo en mención.

1.11.2 Anomalías Que Se Pueden Presentar Durante La Inducción Y ComoCorregirlas.

1. Fuga en conexiones superficiales.

Corrección: Cambio de partes dañadas, cambio de empaques, reapriete de niples,codos, tees, tuercas unión, este trabajo lo realiza personal de mantenimientoequipo dinámico.


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2. Represionamiento:

Esto puede ser por varias razones

• Que la tubería de producción (T.P.) esté llena de fluido de control pesado.

• Por baja presión de línea de gas de inyección de bombeo neumático.• Por la no apertura de la válvula de achique del aparejo de bombeo

neumático, esto puede ser por descalibración.

• Por alta contrapresión en la línea de descarga (L.D.)

Corrección: Se procede a trabajar el pozo por medio del By Pass, actuandocon seguridad.

Tratando de resortear la válvula de achique y hacer sifón abriendo bruscamente laT.P. (válvula) hacia la línea de descarga o presa metálica.

Se efectúa un barrido en la línea de descarga (L.D.) esto se hace cuando se tratede alta contra presión. También debe verificarse cuando se trate de este caso.Que todas las válvulas estén abiertas, así como revisar el funcionamiento delcheck en la llegada del pozo en mención en la batería.

Si una vez terminado con la ejecución de todas estas maniobras, aún continúa elpozo represionado, es decir con la T.P. llena, se procede a tratar de inducir conequipo de tubería flexible y circular los fluidos pesados hacia el exterior. Presametálica y sustituirlos por fluidos de baja densidad es decir menos pesados.

Descalibración del A.B.N., esto puede ocurrir, por tratar de inducir en forma rápida,es decir abriendo bruscamente la válvula de control de inyección de gas a altapresión hacia el espacio anular (T.R.).

1.11.3 Anomalías Por Las Cuales Deja De Fluir Un Pozo De Bombeo

Neumático

1. Por baja presión de gas en el circuito de bombeo neumático

Que es la presión disponible para la inyección y ésta no es suficiente para lograr laapertura de la válvula operante en el aparejo de bombeo neumático.

2. Que la tubería de producción (T.P.) se encuentre obturada por carbonato decalcio. Comúnmente se le conoce como T.P. carbonatada.

3. Por descalibración del aparejo de bombeo neumático.


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4. Por falla en el piloto interruptor de ciclos, que se haya quedado cerrado oabierto.

5. Por un autocontrol, provocado por la invasión de agua.

6. Por baja recuperación del pozo, dejando descubierta la válvula operante.

7. Por alta contrapresión en la línea de descarga (L.D.), por taponamiento decarbonato o por la caída de la charnela del check en la llegada a batería.

8. Falla en alguno de los mecanismos en la instalación subsuperficial, rotura deT.P., rotura en el empacador.

1.11.4 Anomalías Que Se Presentan En Un Pozo De Bombeo Neumático

El primer signo de un mal funcionamiento del sistema de bombeo neumático,ocurre generalmente cuando el personal encargado de la revisión de los pozos,descubre que la producción del pozo está por debajo de lo normal.

El principio básico para analizar y resolver los problemas, es saber quepuede esperarse del pozo cuando el sistema está funcionando correctamente, así,cuando el comportamiento sea diferente, se podrán determinar las causasposibles que generan la anomalía en particular observada.

En muchos casos, sin ser el bombeo neumático una excepción, la observación deun sistema en acción requiere el uso de instrumentos de registros.

La información básica debe obtenerse, cuando la instalación está operandocorrectamente, para tener un punto de referencia y establecer comparacionescuando el problema se presente.

1. Volumen de lo producido por el pozo durante un día Agua-Aceite-Gas.2. Número de ciclos de inyección por día (volumen).3. Periodo de inyección por ciclo o sea el tiempo durante el cual se inyecta

gas en cada ciclo, cuando se utiliza un controlador accionado por unreloj.

4. Volumen de gas inyectado al pozo por día5. Presión disponible para la inyección del gas (presión de línea)6. Variaciones de las presiones superficiales en las tuberías de

revestimiento y de producción durante el ciclo7. Profundidad a la que se inyecta el gas a la tubería de producción

(profundidad de la válvula operante).8. Presión de fondo del pozo en condiciones estáticas fluyendo.9. Gradiente de presión de los fluidos producidos.


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Para proceder a efectuar un análisis de la operación de una instalación parabombeo neumático se requiere conocer lo siguiente:

a) Tipo de instalación: esta información se obtiene del expediente del pozo.b) Diámetro de las tuberías de revestimiento: esta información se obtiene del

expediente del pozo.c) Diámetro de la tubería de producción: se obtiene del expediente del pozo.d) Profundidad de la válvula operante: esta información se obtiene mediante

registros de presión de fondo y presión de cierre superficial de la válvulaoperante así como con ecómetro.

e) Características de la válvula operante: esta información se obtiene delexpediente del pozo.

f) Producción bruta del pozo por día: esta información se obtiene del reporte demedición en batería.

g) Porcentaje de agua que produce por día: esta información se obtiene del

reporte de medición en batería.h) Producción de gas producido por día: esta información se obtiene de la gráfica

del aparato registrador de fluido instalado en batería.

i) Volumen de gas inyectado por día: esta información se obtiene de la gráfica delaparato que se localiza en trineo de inyección del pozo.

j) Presión de cierre de las válvulas a las profundidades de trabajo: estainformación se obtiene del diseño de A.B.N.

k) Presión de apertura de la válvula operante a la profundidad de trabajo: estainformación se obtiene después de un cálculo especial después de conocer(M).

l) Presión superficial de cierre de la válvula operante: esta información se obtienedel registro gráfico de presiones o lectoras manométricas.

m) Presión superficial de apertura de la válvula operante: esta información seobtiene del registro gráfico de presiones manométricas.

n) Contrapresión superficial de la tubería de producción: esta información seobtiene del registro gráfico de presiones manométricas.

ñ) Presión de descarga: esta información se obtiene del registro gráfico depresiones manométricas.

o) Rapidez con que decrece la presión en la tubería de revestimiento: estainformación se obtiene del registro gráfico de presiones o lecturasmanométricas relacionadas, con el tiempo.


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p) Rapidez con que se incrementa la presión en la tubería de revestimiento: estainformación se obtiene del registro gráfico de presiones o lecturasmanométricas relacionadas con el tiempo.

q) Rapidez con que se incrementa la presión en la tubería de producción: estainformación se obtiene del registro gráfico de presiones o lecturasmanométricas relacionadas con el tiempo.

r) Rapidez con que decrece la presión en la tubería de producción: estainformación se obtiene del registro gráfico de presiones o lecturasmanométricas relacionadas con el tiempo.

s) Tiempo requerido para que el fluido llegue a la superficie: esta información seobtiene mediante la identificación de la llegada del bache a superficie a travésdel sentido del tacto, el oído, o la vista.

t) Número de ciclos inyectados por día: esta información se obtiene mediante el

registro gráfico relacionados con el tiempo.u) Presión de fondo estático: esta información se obtiene mediante un registro depresión de fondo.

v) Presión de pozo fluyendo: esta información se obtiene mediante un registro depresiones de fondo utilizando curvas de gradientes.

w) Curva de incremento de la presión de fondo: esta información se obtienemediante un registro de presión de fondo.

x) Carga sobre la válvula operante: esta información se obtiene mediante unregistro de presión de fondo.

y) Presión disponible en la superficie para la inyección de gas: esta información seobtiene mediante la toma de presiones manométricas.

También se utilizan los registros de presiones de fondo, temperatura, yecómetro, para identificar fugas en la tubería de producción.Una vez que se cuenta con toda la información anterior, estaremos en

posibilidad de identificar y definir si la instalación opera correctamente o no, asícomo de analizar su eficiencia.

Anomalías:Las anomalías más frecuentes en un pozo explotado con el sistema artificial debombeo neumático pueden ser las siguientes:

Pozo Circulado, Pozo Descontrolado, con comunicación de T.R a T.P.

Las causas pueden ser varias:• Descalibración de la válvula operante.• Calzamiento de la válvula operante, esto puede ser por partículas de

carbonato, sulfuros o algunos sólidos e impurezas del gas.


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Pozo Represionado:

Esto puede ser por auto control del pozo por alto porcentaje de agua en suaportación.Por carga pesada en la tubería de producción (T.P.) por el acumulamiento de

sedimentos, asfaltos, parafinas, etc., por obstrucción en la tubería de producción(T.P.) por carbonato, conexiones superficiales obstruidas por carbonato de calcio,línea de descarga (L.D.) obstruida por carbonato, así como por desprendimiento ocaída de la charnela en el check de llegada en batería.El interruptor de ciclos que haya quedado cerrado o abierto, por varias causas,falla en el control del reloj por el acumulamiento de condensados, sulfuros en lasconexiones del interruptor, falla en el disco de ciclaje.Válvula de aguja obturada por congelamiento.Pozo vaciándose, circulando gas de T..R a T.P. por rotura en la tubería deproducción, por falla en la válvula operante que haya quedado abierta.Por falla en el empacador, rotura en los hules, que no haya sello hermético.Baja presión de línea en el circuito (gasoducto), fuga en las conexionessuperficiales.


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1.12 MECANISMO DE LAS VÁLVULAS SUBSUPERFICIALES DEBN

Los diversos fabricantes han dividido en categorías a las válvulas de BN

dependiendo de qué tan sensible es una válvula a una determinada presiónactuando en la TP (Pt) o en la TR (Pc).

Generalmente son clasificadas por el efecto que la presión tiene sobre la aperturade la válvula. Esta sensibilidad está determinada por la construcción delmecanismo que cierra o abre la entrada de gas.

Normalmente la presión a la que se expone una válvula la determina el área delasiento de ésta.

Cuando el área del elemento de respuesta es grande comparada con el asiento dela válvula, ésta es relativamente insensible a la presión en la TP; debido a esto, el

efecto de la columna de líquido en la TP para abrir la válvula es pequeño.


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1.13 COMPONENTES DE LAS VÁLVULAS DE BN

Una válvula de BN está compuesta de:

Cuerpo de la válvula

Elemento de carga (resorte, gas o una combinación de ambos)

Elemento de respuesta a una presión (fuelle de metal, pistón o diafragmade hule)

Elemento de transmisión (diafragma de hule o vástago de metal)

Elemento medidor (orificio o asiento)

Fig.1-18. Componentes de válvula BN


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1.14 CLASIFICACIÓN DE LAS VÁLVULAS DE BN

Las válvulas de BN se clasifican en:

a) Válvulas desbalanceadas.

b) Válvulas balanceadas.

c) Válvulas para bombeo continuo.

d) Válvulas para bombeo intermitente.

a) Válvulas desbalanceadas

Son aquellas que tienen un rango de presión limitado por una presión de aperturay por una presión inferior de cierre, el cual es determinado por las condiciones detrabajo del pozo; es decir, este tipo de válvulas abren con una presióndeterminada y cierran con una presión más baja.

Este tipo de válvulas se divide en:

a.1) Válvula operada por presión del gas de inyección

a.2) Válvula reguladora de presión

a.3) Válvula operada por fluidos de la formación

a.4) Válvula desbalanceada operada por presión del gas de inyección

Generalmente se conoce como válvula de presión; la válvula es del 50 al 100 %sensible a la presión en la TR en la posición cerrada y el 100 % sensible en laposición de apertura.

Se requiere un aumento de presión en el espacio anular para abrir y una reducciónde presión en la TR para cerrar la válvula.

En cuanto a las válvulas operadas por presión del gas de inyección, existen dosconceptos importantes.

1. Presión de apertura de la válvula bajo condiciones de operación

2. Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación

1.14.1 Presión de apertura de la válvula bajo condiciones de operación

La presión de apertura se define como la presión en la TR requerida para abrir laválvula actuando bajo condiciones de operación.


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Puede hacerse un balance de todas las fuerzas que actúan sobre ella cuando estáen la posición cerrada a unos instantes antes de su apertura. Puede establecersela siguiente ecuación:

=

= Suma de todas las fuerzas que tratan de abrir la válvula. = Suma de todas las fuerzas que tratan de mantener cerrada la válvula.

R P P R P

A

A R si

A

A P P

A

A P

P despejando y Aentre Dividiendo

A P A P A A P

A P F

A P A A P F

t d c

b

p

b

p

t d

b

p

c

cb

bd pt pbc

bd c

pt pbco

)1(

;1

:

)(

)(

R

R P P P

t d

c

1 (Ec.1)

Ejemplo 1

Suponiendo que una válvula está localizada a 6000 [pie], que tiene una presión dedomo de 700 [psi] y una presión en la TP de 500 [psi], determinar la presión en laTR requerida para abrir la válvula, si = 1.0 [2] = 0.1 [2].

Solución:

psi P

R

R P P P

c

t d c

722

9.0

650

1.01

)1.0)(500(700

1

Bajo estas condiciones de operación, cuando la presión en la se incrementa a722 [psi], la válvula abre.

Para determinar el efecto que tiene la presión en la para abrir la válvula, seutiliza la ecuación anterior de la siguiente forma:

R

R P

R

P P t d c

11

Nótese que la presión de la se resta de la presión en la , que es la presiónnecesaria para abrir la válvula. Esto es, a medida que la presión en la seincrementa, la presión en la requerida para abrir la válvula decrece. El términoque se resta de la ecuación anterior es llamado “Efecto de Tubería deProducción”:

R

R P E T t

1..


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El término /(1 − ) es llamado “Factor de Efecto de Tubería de Producción”.

R

R F E T

1

...

Ejemplo 2

Calcular el efecto de tubería causado por la presión en la de 500 [psi], delejemplo anterior.

Solución:

psi E T

estuberíadeefectoel tolo por

F E T

56)11111.0(500..

:,tan

11111.01.01

1.0...

De estos resultados, se establece que cuando la presión en la TP es igual a cero[psi], la válvula a la profundidad de 6000 [pie] requiere de 722 + 56 = 778 [psi]en el espacio anular para abrirse. Dicha presión de 778 [psi] es llamada algunasveces como la pres ión máxim a de o perac ión. La presión en la TP (500 [psi] parael ejemplo) reduce la presión necesaria para abrir la válvula de 778 [psi] a 722[psi].

1.14.2 Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación

La presión de cierre se define como la presión en la TR requerida para cerrar laválvula actuando bajo condiciones de operación.

Efectuando un balance de fuerzas similar al de la presión de apertura, puedeestablecerse la relación de fuerzas actuando sobre la válvula cuando se encuentraen la posición abierta a unos instantes antes de su cierre. Todas las áreas ypresiones son idénticas a las de la válvula considerada para efectuar la presión deapertura, excepto que ahora la presión bajo la válvula es afectada por la presiónen la TR y no por la presión en la TP. Para un tiempo antes de cerrar la válvula, se

puede desarrollar la siguiente ecuación: =


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bd pvc pvcbvc

bd pvc pbvc

vcc

bd pc pbc

bd c

pc pbco

A P A P A P A P

A P A P A A P

P P Haciendo

A P A P A A P

A P F

A P A A P F

)(

:

)(

)(

d vc P P

(Ec.2)

Donde:

= ó á ó.

La ecuación (2) muestra que la presión en la TR es igual a la presión en el domopara cerrar la válvula a una profundidad determinada. Con base en dichaecuación, la válvula que abre a 722 [psi] en el ejemplo 1, puede cerrar cuando la

presión en la TR a la profundidad de la válvula sea reducida a 700 [psi].

1.14.3 Amplitud de las válvulas (Spread)

La diferencia entre las presiones de apertura y de cierre de una válvula es llamada“ Amplitud de la válvula”. Para determinar esta amplitud, la presión de cierre seresta de la de apertura, es decir:

:,

1

)1(

11

tiene seecuaciónlandoSimplifica

R

R P

R

R P P P

R

R P P P Amplitud d t d vc

t d

)( t d P P TEF P

(Ec.3)

Ejemplo 3

Calcular la amplitud de la válvula descrita en el ejemplo 1.

Solución:

psi P

P P TEF P t d

22

)500700(11111.0)(

La presión para abrir la válvula es vo = d + = 700 + 22 = 722 [psi], que esresultado obtenido anteriormente en el ejemplo 1.

La ecuación (3) muestra que la amplitud de la válvula está controlada por dosfactores: TEF y Pt. Para un determinado asiento de la válvula, la mínima diferencia


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de presión ocurre cuando la presión en la tubería de producción es igual a lapresión en el domo, es decir, t= d.

La máxima amplitud de la válvula ocurre cuando la presión en la TP es igual acero (t= 0), por lo que de acuerdo a la ecuación (3) se deduce que:

Máxima amplitud de la válvula = máx = (d) La amplitud de la válvula puede ser importante cuando se tiene una instalación debombeo continuo, pero es más importante para una instalación de bombeointermitente donde se usan válvulas con presiones desbalanceadas. La amplitudde la válvula controla la mínima cantidad de gas que se utiliza en cada ciclo.

1.14.4 Gradiente de la columna de gas

La presión de operación del gas de inyección está controlada en la superficie; estoes, la superficie (cero pies) se utiliza generalmente como una referencia para

comparar y relacionar la posición de la posición de la válvula de BN. Para corregirdesde el fondo del pozo hasta la superficie o viceversa, el ingeniero de produccióndebe hacer una predicción del cambio de la presión causado por la columna degas y por las pérdidas de fricción cerca de la válvula de BN, tanto bajocondiciones estáticas como dinámicas (fluyendo).

La diferencia entre el cambio de la presión estática y dinámica es la pérdida porfricción para el flujo de gas. Si el conducto es pequeño o el gasto de gas esrelativamente alto, dicha pérdida debe ser tomada en cuenta. La pérdida porfricción corriente abajo del flujo de gas en el espacio anular de casi todas lasinstalaciones es muy pequeña y puede despreciarse sin considerar que se cometa

un error notable. Por esta razón, la mayoría de las instalaciones de BN se diseñanconsiderando el incremento de presión estática del gas con la profundidad.

El cálculo del incremento de presión se basa en el establecimiento de un balancede energía del flujo de gas entre dos puntos del sistema. Resolviendo dichaecuación para un gas real y considerando un factor de compresibilidad acondiciones medias de presión y temperatura, se obtiene la siguiente expresión:

zT

L P P

g

fondo

01877.0expsup

)4(. Ec

La ecuación (4) involucra una solución de ensaye y error, en la cual z depende de

la presión de fondo y viceversa. Por esta razón, se han desarrollado gráficasbasadas en esta ecuación que proporcionan buenos resultados. Una de éstas esla gráfica mostrada, en la cual para presiones y temperaturas normales, la presiónse incrementa con la profundidad (gradiente de presión) en formaaproximadamente constante para una presión superficial dada. Por consiguiente,la presión en la TR puede representarse gráficamente mediante una línea rectadesde la superficie hasta la profundidad deseada.


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Fig.1-19. Weight of gas column


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1.14.5 Presión de apertura en el taller (tro)

Una vez que la presión de apertura y de cierre se ha establecido para el diseño, laválvula debe calibrarse en el taller a una presión que corresponda a la presión de

apertura deseada dentro del pozo. Ésta, es la presión de apertura en el taller(tro). Nótese que en una prueba de taller la presión en la TP (P t) es de cero [psi].Si se sustituye este valor en la ecuación (1) el resultado es:

R

P P d vo

1 (Ec.5)

Se supone que el domo de una válvula de BN tiene un volumen constante, por lotanto, la presión de un domo cargado con nitrógeno se incrementa a medida quela temperatura incrementa. La presión del domo (Pd) se conoce y estará enfunción de la profundidad de la válvula.

Esto significa que si la ecuación (5) fuera usada para pruebas de presión deapertura en el taller, cada válvula tendría que ser calentada a una temperaturaigual a la cual opera en el pozo a una profundidad determinada.

Para calcula la presión de apertura en el taller, la presión del domo a laprofundidad de colocación de la válvula debe ser corregida a 60 [°F]. Por tanto, laecuación usada para la apertura en el taller (tro) es la siguiente:

R

F P P d tro

1

60@

(Ec.6)

Para corregir el Pd a una temperatura de 60 [°F] se usa la ley de los gases reales

de la siguiente manera:

)520(

60@

60 F

d

d d

d

z

F P

T z

P

Entonces:

d d

d F

d T z

P z F P

60)520(60@

)7(. Ec

Obviamente puede usarse cualquier temperatura base. Algunos fabricantesutilizan 80 [°F].

Ya que la solución es por ensaye y error, deben desarrollarse gráficas que seanfáciles de usar y estén basadas en la ecuación (7). La tabla mostrada puedeutilizarse para corregir por temperatura (60 u 80 [°F]) un domo cargado de gas.


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Fig.1-20. Temperature correction factors for nitrogen based on 60 F


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Ejemplo 4

Sean los siguientes datos:Presión del gas en la superficie = 800 psiPresión de apertura en la superficie = so = 800 psi

Densidad relativa del gas de inyección = 0.7Temperatura superficial = 100 °FTemperatura @ 8000 [pie] = 180 °FPresión en la TP = Pt = 655 psiDiámetro exterior de la válvula = 1 ½ pg

Área del asiento = ½ 2R = 0.2652Profundidad de la válvula = 8000 pie

Carga de la válvula: Nitrógeno @ 60 [°F]

Determinar:a) Presión de apertura de la válvula, vo b) Presión de cierre de la válvula, vc = d c) Amplitud de la válvula @ 8000 [pie]d) Presión superficial de cierre, sc e) Amplitud de la válvula en la superficie (s) y amplitudf) Presión de apertura en el probador, tro @ 60 [°F]

Solución:

a) La presión de apertura de la válvula a la profundidad de 8000 [pie] es igual a lapresión superficial para abrir la válvula, más un incremento de la presión en el

espacio anular a 8000 [pie] debido al gradiente de la columna de gas.

De la figura 1-18 se obtiene:

psi P P

psi pie pie

psi P

F T

pie

psi

pie

psi P

vovo

correg

gra f

gra f

52.97080052.170

52.1708000460140

460149021.0

1492

100

80006.170100

021.01000

21

b) La presión de cierre en la válvula es igual a la presión en el domo, P d @ 180[°F].

psi P

P

R P R P P P

vc

vc

t vod vc

68.889

)2562.0(655)2562.01(52.970

)1(


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c) La diferencia de presión a esta profundidad es igual a:

psi P P TEF P

o

psi P P P

t vcd

vcvo

84.8065568.8892562.01

2562.0)(

84.8068.88952.970

d) La presión superficial de cierre, sc:

psi P P P P P

P P P P P P

sc

sovovc sc

cvc sc scvcc

16.719

)80052.970(68.889)(

e) La amplitud de la válvula en la superficie es igual a la presión superficial deapertura menos la presión superficial de cierre:

psi P P P sc so s 84.8016.719800 f) Para calcular la presión de apertura en el taller se utiliza la ecuación (6); lapresión del domo puede ser calculada utilizando la tabla 30.1 para unatemperatura de la válvula de 180 [°F]:

psi P R

F P P

Entonces

psi F P

psi P F P

F P F P F P

F P C

tro

d tro

d

vcd

d d

d

d t

93.950

2562.01

30.707

1

60@:

30.707)68.889(795.060@

68.889180@

[email protected]@795.0180@

60@

Cálculo del gasto del gas de inyección y del diámetro del orificio de la válvula.

Las ecuaciones siguientes permiten calcular, respectivamente, el gasto del gas deinyección y el diámetro del orificio de una válvula.

Gasto de gas de inyección requerido:

))(( RGAiqq o gir )8(. Ec

Diámetro del orificio:

ada pudeavosend

AC d

o

d o

lg64:

464

5.0

)9(. Ec


47/61



Donde:

v

p

k

k

k

g

g

d c

ck

P

P

P

P

k T

k P

q AC

;

)1)(460(

34.64500155

5.01

1

2

2

1

21

)9(. a Ec

Fig.1-21. Relación de calores específicos en función de la temperatura y ladensidad relativa


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1.15 VÁLVULA DESBALANCEADA OPERADA POR PRESIÓN DELGAS DE INYECCIÓN

Fig.1-22. Válvula cerrada a punto de abrir

Balance de fuerzas:

b

v

st

b

v

b

v

t

b

v

bt vo g

co

vt vb g o

vb st bbt c

A

A RSi

P

A

A

A

A

P

A

A

P P P

F F

A P A A P F

A A P A P F

11

)(

)(

st

t bt vo P

R

R P P P

1


49/61



1.16 VÁLVULA DESBALANCEADA OPERADA POR PRESIÓN DELGAS DE INYECCIÓN

Fig. 1-23. Válvula abierta a punto de cerrar

Balance de fuerzas:

)1(

)(

b

v st bt vc g

co

b g o

vb st bbt c

A

A P P P P

F F

A P F

A A P A P F

)1( R P P P st bt vc

a.1) Válvula reguladora de presión

También es llamada válvula proporcional o de flujo continuo. Las condiciones

imperantes son las mismas a las de la válvula de presión en la posición cerrada.Requiere un aumento de presión en el espacio anular para abrir y una reducciónde presión en la TP o en la TR para cerrar.


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a.2) Válvula desbalanceada operada por fluidos de la formación (presiónen la TP)

La válvula operada por fluidos de la formación es 50 a 100 % sensible a lapresión en la TP en la posición cerrada y 100 % sensible a la presión en la TPen la posición abierta. Esta válvula requiere un incremento en la presión de laTP para abrir y una reducción en la presión de la TP para lograr el cierre.

Válvula desbalanceada operada por fluidos de la formación

Fig. 1-24. Válvula desbalanceada operada por fluidos de la formación

Válvula cerrada a punto de abrir

v g vbt o

vb st bbt c

A P A A P F

A A P A P F

)(

)(

st

g bt

vot P R

R P P P P

1

Válvula abierta a punto de cerrar:

bt o

vb st bbt c

A P F

A A P A P F

)(

)1( R P P P P st bt vct


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b) Válvulas balanceadas (operadas por presión en la TR)

Este tipo de válvula no está influenciada por la presión en la TP cuando está en laposición cerrada o en la posición abierta.

La presión en la TR (Pc) actúa en el área del fuelle durante todo el tiempo. Esto

significa que la válvula cierra y abre a la misma presión (presión de domo).

Fig. 1-25. Válvulas balanceadas

Haciendo un balance de fuerzas similar al de las válvulas desbalanceadas, seobtienen las ecuaciones tanto de apertura como de cierre para las válvulasbalanceadas.

POSICIÓN POSICIÓN

CERRADA ABIERTA

Pvo = Pbt

Pvc

= Pbt


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Válvula diferencial

Fig. 1-26. Válvula diferencial

Válvula cerrada a punto de abrir:

vt v st o

v g c

A P A P F

A P F

t st vo g P P P P

Válvula abierta a punto de cerrar:

vt v st o

v g c

A P A P F

A P F

t st vc g P P P P


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c) Válvulas para bombeo neumático continuo

Este tipo de válvulas debe ser sensible a la presión en la TP cuando está en laposición de apertura, es decir, responderá proporcionalmente al incremento y

decremento de la presión en la TP. Cuando la presión decrezca, la válvula debeempezar a regular el cierre para disminuir el paso del gas. Cuando la presión en laTP se incrementa, la válvula debe regular la apertura en la cual se incrementa elflujo de gas a través de la misma. Estas respuestas de la válvula mantienenestabilizada la presión en la TP o tienden a mantener una presión constante. En lafigura se muestra la respuesta a la inyección de gas de una válvula de BN paraflujo continuo

Fig. 1-27. Inyección de gas de una válvula de BN para flujo continuo

1. PRESIÓN DE APERTURA2. PVC, PRESIÓN DE CIERRE (INICIA EL CONTROL DE FLUJO)3. LÍMITE DEL RANGO DE CONTROL4. MÁXIMO FLUJO5. Pc, PRESIÓN DE CIERRE

d) Válvulas para bombeo neumático intermitente

6. Este tipo de bombeo puede llevarse a cabo con cualquiera de las válvulasexistente para BN, pero éstas deben ser diseñadas de acuerdo a lascaracterísticas o condiciones de trabajo del pozo. Básicamente se tienen dos tiposde bombeo intermitente: uno es el de punto único de inyección y otro es el depunto múltiple de inyección.


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7. En el de punto único de inyección, todo el gas necesario para subir el bache deaceite se inyecta a través de la válvula operante. En el de punto múltiple deinyección, la expansión del gas actúa sobre el bache de aceite, empujándolo haciauna válvula posterior por medio de otra válvula que se encuentra inmediatamente

debajo del bache. La válvula que se encuentra debajo actúa como la válvula deoperación.

8. Todas las válvulas que se tienen en la sarta de producción no necesitan estarabiertas en el tiempo que se aplica este tipo de bombeo. El número de válvulasabiertas va a depender del tipo de válvula utilizada, del diseño de Bn, y en sí, detoda la configuración del bombeo neumático

Fig. 1-28. Representación gráfica de la presión de fondo fluyendo ymecanismo del bombeo neumático en flujo continuo


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Fig. 1-29. Terminación teórica del sistema de BNC de dos etapas con las curvasde gradiente de presión

DIAGRAMA DEL CURVAS DE PRESIÓN PARA

FONDO DEL POZO FLUJO VERTICAL


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Fig. 1-30. Comparación de los trazos de las curvas de presión entre lasinstalaciones de BN estándar y la de dos etapas para diferentes yacimientos ycaracterísticas del pozo.


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Fig. 1-31. Curva de desempeño de bombeo neumático

Fig.1-32. Gastos máximo y mínimo aproximados para una correcta operación deflujo continuo.


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1.17 DISEÑO DE INSTALACIONES DE BN

Diversos factores intervienen en el diseño de instalaciones de BN; uno de los primeros esque el pozo esté produciendo el flujo de manera continua o intermitente. Otro factor que

influye es el conocimiento de cuál tipo de flujo es mejor. Algunas de las válvulas de BN pueden emplearse en ambos flujos, sin embargo, otrasválvulas pueden ser usadas únicamente para uno u otro caso.

Las razones de emplear válvulas de BN son:

1. Descargar los fluidos del pozo e inyectar el gas en un punto óptimo de la TP.

2. Crear la Pwf necesaria para que el pozo pueda producir el gasto deseadocontrolando tanto el gas de inyección en la superficie como el gas producido.

La localización de las válvulas de BN en el punto óptimo está influenciada por:

a) La presión del gas disponible para descargar el pozo.

b) La densidad del fluido o gradiente de los fluidos en el pozo a un determinadotiempo de descarga.

c) El comportamiento de afluencia al pozo durante el tiempo de descarga.

d) La presión a boca del pozo (contrapresión entre el pozo y la central derecolección) que hace posible que los fluidos puedan ser producidos ydescargados.

e) El nivel de fluido en la TP (espacio anular), ya sea que el pozo haya sido cargadocon fluido de control o se haya prescindido de éste.

f) La Pwf y las características de los fluidos producidos del pozo.

Las instalaciones de BN pueden ajustarse de tal manera que se obtenga la máximaproducción en óptimas condiciones, para lo cual debe considerarse el abatimiento de laPwf . Al hacer esta consideración, es necesario instalar dos o tres válvulas de BNadicionales por abajo del punto de inyección


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CONCLUSION

El Bombeo Neumático es un sistema artificial altamente efectivo siempre ycuando los pozos candidatos cumplan con las características mecánicas

necesarias para su correcta implementación.La economía de un proyecto para Bombeo neumático es uno de los factores quenunca deben dejarse de lado, es por ello que se requiere un análisis detalladopara hacer un balance entre la inversión y la producción esperada para hacerrentable dicha operación.

El diseño del Bombeo Neumático es una parte fundamental para obtener uncorrecto funcionamiento. Deben evitarse diseños complicados ya que un diseñocomplicado podría presentar un mayor riesgo en la operación del bombeo yrequerir mayor tiempo en una reparación.Los diseños complicados deben ser evitados ya que esto podría generar

problemas adicionales.

Los pozos con Bombeo Neumático deben ser supervisados frecuentemente paraverificar la correcta operación de equipos y accesorios instalados superficial ysubsuperficialmente, es preciso contar con información adecuada y en el momentonecesario, por ello es necesario contar con adecuados equipos de monitoreo enpuntos susceptibles de fallas. El mantenimiento del equipo debe ser consideradoen un tiempo adecuado, ya que si no se hace un correcto mantenimiento laeficiencia del Bombeo Neumático puede disminuir y ocasionar graves problemasal sistema de producción y al personal de operación.

Se debe hacer una medición de la producción de hidrocarburos del pozo antes deinstalar el Bombeo Neumático y compararla con el gasto de producción que setiene con su implementación, así nos daremos cuenta si el pronóstico deproducción es adecuado o qué grado de desviación tiene, si existe un alto gradode desviación del gasto esperado, es necesario hacer una revisión del diseño delBombeo Neumático Dual para solucionar dicho problema.

El desarrollo de este tema fue muy significativo porque nos permitió conocer elpapel tan importante que tiene el Bombeo Neumático

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Trabajo de Bombeo Neumatico Trabajo Terminado