Sistemas artificiales de producción: métodos y selección
Los sistemas artificiales de producción son los procesos utilizados en los pozos petrolíferos para aumentar la presión dentro del reservorio y así poder incitar que el petróleo suba a la superficie.
Cuando la energía natural de impulso del reservorio no es lo suficientemente fuerte como para empujar el petróleo hacia la superficie, se emplea un sistema artificial para obtener mayor cantidad de material.
Mientras que algunos pozos contienen suficiente presión para que el petróleo suba a la superficie sin tener que realizar ninguna estimulación, la mayoría no lo hace, por lo cual se requiere un sistema artificial.
Del millón aproximado de pozos de petróleo y gas producidos en el mundo, solo un 5% fluye naturalmente, haciendo que casi toda la producción mundial de petróleo y gas dependa de operaciones eficientes de sistemas artificiales de producción.
Incluso para aquellos pozos que inicialmente poseen un flujo natural hacia la superficie, esa presión se va agotando con el tiempo. Para los mismos también se requiere el uso de un sistema artificial.
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Aunque existen varios métodos para lograr la producción artificial, los dos tipos principales de sistemas artificiales son los sistemas de bombeo y los de elevación por gas.
Por ejemplo, en Estados Unidos el 82% de los pozos emplea balancines mecánicos, el 10% usa elevación por gas, el 4% utiliza bombas sumergibles eléctricas y el 2% usa bombas hidráulicas.
Sistema de bombeo mecánico
Este sistema utiliza equipos en la superficie y debajo de ella para aumentar la presión y empujar los hidrocarburos hacia el suelo. Las bombas mecánicas son los conocidos balancines que se ven en los pozos petroleros terrestres.
Sobre la superficie, el balancín oscila hacia adelante y hacia atrás. Está conectado a una cadena de varillas llamadas varillas de bombeo, que se hunden en el pozo.
Las varillas de bombeo están conectadas a la bomba de varilla de bombeo, que se instala como parte de las tuberías cerca del fondo del pozo.
A medida que el balancín oscila, esto hace funcionar la cadena de varillas, la varilla de bombeo y la bomba de varilla de bombeo, funcionando de manera similar a los pistones dentro de un cilindro.
La bomba de varilla de bombeo eleva el petróleo desde el fondo del pozo hasta la superficie. Por lo general, las unidades de bombeo son alimentadas electrónicamente o por medio de un motor a gasolina, llamado motor primario.
Para que el sistema de bombeo funcione correctamente, se emplea un reductor de velocidad para garantizar que la unidad de la bomba se mueva de manera constante.
Sistema de bombeo hidráulico
Este sistema de bombeo aplica una bomba hidráulica desde el fondo del pozo, en lugar de varillas de bombeo, para subir el petróleo a la superficie. La producción es forzada contra los pistones, provocando que la presión y los pistones eleven los fluidos a la superficie.
De manera similar a la física aplicada a las ruedas hidráulicas que impulsan los molinos antiguos, se utiliza la energía natural dentro del pozo para elevar la producción a la superficie.
Las bombas hidráulicas generalmente están compuestas por dos pistones, uno encima del otro, conectados por una barra que se mueve hacia arriba y hacia abajo dentro de la bomba.
Tanto las bombas hidráulicas superficiales como las bombas hidráulicas subterráneas son impulsadas por petróleo limpio, extraído previamente del pozo.
La bomba en la superficie envía el petróleo limpio a través de las tuberías a la bomba hidráulica instalada subterráneamente en la parte más baja de la cadena de tuberías. Los fluidos del depósito son enviados a la superficie por una segunda cadena paralela de tuberías.
Sistema de bombeo sumergible eléctrico
Los sistemas de bombeo sumergibles eléctricos emplean una bomba centrífuga por debajo del nivel de los fluidos del reservorio. Conectada a un largo motor eléctrico, la bomba está compuesta por varios impulsores, o cuchillas, que mueven los fluidos dentro del pozo.
Todo el sistema está instalado en la parte inferior de la cadena de tuberías. Un cable eléctrico recorre la longitud del pozo y conecta la bomba a una fuente de electricidad en la superficie.
La bomba sumergible eléctrica aplica una producción artificial haciendo girar los impulsores en el eje de la bomba, que ejercen presión sobre los fluidos circundantes, forzándolos a subir a la superficie.
Las bombas sumergibles eléctricas son productoras en masa, y pueden levantar más de 25.000 barriles de fluidos por día.
Como sistema emergente de producción artificial, la elevación por gas inyecta gas comprimido en el pozo para restablecer la presión, haciéndolo así producir. Incluso cuando un pozo fluye sin sustentación artificial, muchas veces utiliza una forma natural de elevación por gas.
El gas inyectado, principalmente nitrógeno, reduce la presión en el fondo del pozo al disminuir la viscosidad de los fluidos en el pozo. Esto, a su vez, hace que los fluidos fluyan más fácilmente a la superficie. Típicamente, el gas que se inyecta es el mismo gas reciclado que se produce en el pozo petrolero.
Aunque tiene muy pocas unidades en la superficie, este sistema es la opción óptima para aplicarla en alta mar. En el fondo del pozo, el gas comprimido se inyecta en el anillo del tubo, entrando al pozo por numerosos puntos de acceso, denominados válvulas de elevación por gas.
A medida que el gas ingresa al tubo en estas diferentes etapas, forma burbujas, alivia los fluidos y disminuye la presión.
Para obtener el máximo potencial del desarrollo de cualquier pozo de petróleo o gas, se debe seleccionar el sistema artificial de producción más eficiente. Los criterios utilizados históricamente para seleccionar el sistema artificial para un pozo en particular varían ampliamente en la industria:
– Experiencia del operador.
– Qué sistemas artificiales están disponibles para las instalaciones en ciertas áreas del mundo.
– El sistema artificial que está operando en los pozos contiguos o similares.
– Determinar qué sistemas se implantarán a la velocidad deseada y desde las profundidades requeridas.
– Evaluar listas de ventajas y desventajas.
– Sistemas expertos para descartar y seleccionar sistemas.
– Evaluación de los costos iniciales, costos operativos, capacidades de producción, etc. con el uso de la economía como herramienta de selección, generalmente sobre la base del valor presente.
En la mayoría de los casos, sirve como criterio de selección el sistema artificial de producción que ha funcionado mejor en campos similares. Además, los equipos y servicios disponibles pueden determinar fácilmente qué sistema artificial de producción se aplicará.
Sin embargo, cuando parte del escenario requeriría de costos significativos para mantener altas tasas de producción en los pozos, es prudente considerar la mayoría de los métodos disponibles de evaluación y selección.
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