Diseño Esp

Complemento teórico

ESP . Diseño básico y selección
Introducción

A continuación se detallan los pasos básicos a seguir para calcular y analizar las variables de diseño de una instalación de bombeo electrosumergible (ESP): 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Datos de producción de pozo e instalación actual Caudal máximo de extracción(potencial de producción) Carga dinámica total(TDH o Total DynamicHead) Selección de bomba Dimensiones de la bomba(cálculo de número de etapas) Selección del motor(cálculo de potencia) Determinación del cable de potencia Cálculo de voltaje y potencia en superficie para seleccionar tablero y transformador

(*) Se tomará como ejemplo los datos de un pozo de la Cuenca del Golfo San jorge, Patagonia Argentina

1- Datos del pozo
a) b) c) d) e) Caudal bruto actual =80 m3/d % agua = 95 ρ fluido(agua) = 1.01 gr/cm3 Nivel dinámico = 700 mbbdp Nivel estático = 440 mbbdp f) Presión de boca de pozo = 10 kg/cm2 g) Punzado/s = 1750-1755 mbbdp h) Ø casing = 5 ½ “ 15.5 # i) Ø tubing = 27/8” 6.5 # Mbbdp= metros bajo boca de pozo

2-Caudal máximo de extracción (Indice de productividad)
Se determinará el caudal máximo que extraeremos del pozo, considerando un niveldinámico por sobre el punzado de 200 m(*) aplicando el concepto del índice de productividad (IP)*
0 100 200 300 400 500 600 nivel[mbbdp] 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 0 50 100 150 200 caudal[m3/d] 250 300 350 400
ND= 1550m @ 340 m3/d Nivel dinámico @ 80 m3/d

(*) se considera un fluido monofásico. Para mayor información recurrir al adjunto. “ Indice de productividad”El caudal teórico a extraer será: 340 m3/d @ ND= 1550 mbbdp www.oilproduction.net by Marcelo Hirschfeldt
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3-Carga dinámica total(TDH o Total Dynamic Head)
El cálculo del TDH permitirá determinar el Nº de etapas requeridas en la bomba. Este valor representa la diferencia de presión a la que va a estar sometida la bomba expresado enaltura de columna de líquido. El mismo está dado por los siguientes términos: a) Pcf : Pérdida de carga por fricción en los tubings b) Pbdp : Presión de boca de pozo c) P.Nivel: Presión debido a la columna de líquido a elevar TDH= Pbdp + Pcf + Nd [m o ft] a)- Pcf ( Pérdida de carga por fricción en los tubings) Para calcular la pérdida de carga por fricción, debido al flujo por el interior de lostbgs se puede usar la Ecuación de Hazen Williams, la cual es aplicable para agua a 20ºC.

100  F = 2.083.  C   Q = 340 m
3

1.85

 Q  .  34.3  

1.85

.

1 ID 4.8655

[ d ] ≅ 2140bpd
1.85

F = pérdida de carga en ft/1000 ft Q = caudal [bpd] C =120

Para un tubing Ø 27/8” de ID= 2.441 pulg la pérdida de carga es:

100  F = 2,083. 120  

 2140  .   34,3 1.85

.

1  = 40,5 ft 4.8655  1000 ft    2,441

Esto significa que la pérdida de carga por fricción en el interior de los tubings es igual a 40.5 ft(pies) de columna de líquido por cada 1000 ft de tubings(o 4.047 m/ 100 m de tbgs).

.1700mtbg ≅ 70m Pcf = 0,0404m  mtbg   
b)- Pbdp (Presión de boca de pozo, en m de columna de líquido)

presión kg 2  10.kg 2   cm   x10 =  cm  x10 = 100m   Pbdp[m] =  gr   gr  ρ 1  cm 3   cm 3     
c)- P.Nivel ( Presión debido a la columna de líquido a elevar) P.Nivel = 1550 m TDH= 70 m + 100 m + 1550 m = 1720 m

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2 3/8" OD (1.995 I.D)

2 7/8" OD (2.441 I.D)

3 1/2" OD (2.992 I.D)

1000perdida por fricción[ft/1000 ft de tbg]

100

10 1000

10000

caudal [bpd]
Representación gráfica de la ecuación de Hazen Williams para distintos diámetros de tubings

4- Selección de bomba
La selección de la bomba está basada en el caudal que podrá aportar el pozo para una determinada carga dinámica y según las restricciones del tamaño del casing. La opción mas económica normalmente...