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Análisis An lisis del límite l mite mecánico mec nico de los
sistemas de extracción extracci n artificial en la
Cuenca del Golfo San Jorge
por
Marcelo Hirschfeldt
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Jornadas de Producción IAPG – Agosto de 2008- Argentina

Objetivos principales de esta presentación
presentaci
• Realizar un análisis an lisis de los límites mites mecánicos
mec nicos de los
principales sistemas de extracción extracci artificial de la
CGSJ
• Establecer una guía gu para futuros análisis an lisis de cada
sistema
• Se toma como referencia la información de alrededor de
9,000 pozos (Caudal vs profundidad de instalación)
• Se analizará alguna de las razones de éstos límites y
alguna de las mejores prácticas en la selección de
materiales, nuevas tecnologías y criterios de operación.
Jornadas de Producción IAPG – Agosto de 2008- Argentina

La cuenca del Golfo San Jorge- Jorge CGSJ
South
America
Argentina
Buenos Aires
GOLFO SAN JORGE
BASIN
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Sistemas de Extracción Extracci n Artificial en la
Cuenca del Golfo San Jorge
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Distribución Distribuci n de los principales SEA en la CGSJ
SRP – 76.4 % - 9,561
Total – 12,516 pozos con SEA
PCP – 12.8 % - 1,607
ESP – 10,6 % - 1,323
Según Secretaría de Energía de la República Argentina- Abril de 2008
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Evolución Evoluci n de los SEA- SEA tasa de crecimiento anual
Número de pozos activos
13.000
12.000
11.000
10.000
9.000
8.000
7.000
Ene-99
Jul-99
Ene-00
Jul-00
Ene-01
Jul-01
Ene-02
Jul-02
Ene-03
Beam Pumping ESP PCP
Jul-03
Ene-04
Jul-04
Ene-05
Jul-05
Ene-06
Jul-06
Ene-07
7.1 %
8.7 %
3.6 %
Jul-07
Ene-08

Conceptos del levantamiento artificial
Pe
P1
P3
Pwf
P2
Q
P= P1+ P2+ P3
HHP = Q x P
HHP = Potencia hidráulica requerida para elevar el
fluido desde el fondo del pozo hacia la superficie

Elementos en un sistema de extracción
extracci
Energía Caudal
ESP
Prime
Mover
SRP eléctrico o CI
eléctrico
sumergible
Conversor Transmisión Bomba
Unidad de
bombeo
X X
Sello Ejes Centrífuga
X X
multietapa
X
X
Varillas de Cavidades
PCP eléctrico o CI Cabezal
bombeo progresivas
X X
X
X restringido por temperatura
X restringido mecánicamente
X
Varillas de mecánica
bombeo (pistón-barril)
X X
Analizado en el contexto de la CGSJ y las
experiencias registradas en la misma
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Restricción Restricci n principal en pozos de la Cuenca del Golfo San
Jorge para los SEA
BME
Tubing 27/8”
Varillas 1”
cuplas slim hole
Bombas TH
Casing 5 ½”
ESP
Tubing 27/8”
Motores S456
Bombas S400
Alrededor del 97 % de los
pozos
PCP
Tubing 27/8”
Varillas 1” cuplas
slim hole
Bombas con
housing 4 – 41/2”
En CGSJ, debido a las múltiples capas productivas, se suele
instalar equipos por debajo de los punzados obligando a usar
camisas de 41/2” y Motores S375

El factor temperatura
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El factor temperatura - Gradiente geotérmico
geot rmico
Temperatura - Grados C
180,0
160,0
140,0
120,0
100,0
80,0
60,0
40,0
20,0
0,0
Gradiente geotérmico CGSJ- °C/m
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Profundidad- m
promedio- 0,0395
perfil- 0,0353
perfil- 0,0374
perfil- 0,0384
correlación- 0,040
correlación- 0,0464
Gradientes obtenidos de perfiles con wireline, registros de sensores de fondo en bajadas de
equipos PCP y correlaciones realizadas por profesionales de la cuenca

En resumen
Las acciones que se han tomado y se
siguen tomando en la CGSJ están
orientadas a :
• Implementar nuevos diseños de instalaciones
de fondo y superficie
• Incorporar nuevos materiales y desarrollos
• Adoptar distintos criterios de operación de cada
sistema
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Sistemas de extracción
extracci n – Caudal vs Prof . CGSJ
Profundidad- m
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
Caudal - m3/d
9,000 pozos representados
0 100 200 300 400 500 600
Bombeo mecánico
Debido a que no todos estos pozos tienen sus niveles dinámicos cerca de la bomba (condición óptima y extrema) es que se
pueden encontrar equipos instalados y operando con Q y profundidad por encima de los límites recomendados
PCP
ESP

Bombeo Mecánico
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Bombeo mecánico mec nico
La Principal restricción en la CGSJ es el diámetro del
casing
CSG: 51/2”
Tubing: 27/8”
Varilla: 1”
a partir de esto surgieron las siguientes alternativas:
• Varillas de bombeo con pin de mayor diámetro
• Varillas alta resistencia
• Varillas con uniones Premium
• Varillas continuas

Bombeo mecánico mec nico – Caudal vs Prof. de instalación
instalaci
Profundidad- m
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
Caudal - m3/d
0 100 200 300 400 500 600
Bombeo mecánico
PCP
ESP

Bombeo mecánico mec nico – Caudal vs Prof. de instalación
instalaci
Profundidad- m
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
Caudal - m3/d
0 100 200 300 400 500 600
Profundidad máxima limitada por la
profundidad de los pozos
Límite estimado de varillas Grado
Bombeo mecánico
D: Se toma como referencia PCP el
ESP
100 % de Goodman de las varillas
convencionales
Límite estimado de varillas alta
resistencia y pines de mayor
diámetro : Se toma como
referencia el 100 %
Posibles aplicaciones para roscas
premium y varillas continuas

Que se hace desde superficie ?
En la actualidad se
están utilizando unidades
de carrera larga y bajos
Golpes por minuto para
disminuir las cargas
dinámicas.
Por ejemplo unidades:
288 “ de carrera
4 GPM

Nuevas tendencias en superficie
Unidades Hidráulicas nacionales
Unidades Hidráulicas Dynapump
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Bombeo
Electrosumergible (ESP)
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ESP – Límites mites mecánicos
mec nicos
Motores
Comienzan a aparecer
algunas limitaciones en motores
S375 cuando se utilizan con
camisas de 4 ½”
Principalmente en la
transferencia de potencia desde el
motor hacia la bomba (ejes y
cupling), debido a la disminución
de los diámetros de los mismos.
Otros elementos
Sellos: Si bien la capacidad de carga axial y transmisión de
potencia (eje) varía en función del diámetro del mismo (serie), no
existen limitaciones que restrinjan su instalación
Bombas: No se superaría la presión de los housing
disponibles en el mercado
No se registrarían limitaciones en Motores S456
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ESP y la temperatura
Motores
El límite de temperatura está dado principalmente por la
resistencia a la temperatura de los aislantes de los
bobinados y de algunos componentes como el “pothead”
Max temp de
alguno de los
componentes
del motor
Incremental de
temp refrigerado
por 100% W
Incremental de
temp
refrigerado por
100% oil
170-200 °C + 10-15 °C + 35-40 °C
Se ha comenzado a fabricar y utilizar en la CGSJ motores con
bobinados aislados con PolyEtherEtherKetone aumentando
éste límite de temperatura, principalmente la confiabilidad
minimizando la degradación del bobinado y del motor en si.
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Profundidad- m
Bombeo Electrosumergible
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
Caudal - m3/d
0 100 200 300 400 500 600
Bombeo mecánico
PCP
ESP

Profundidad- m
Bombeo Electrosumergible
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
Caudal - m3/d
0 100 200 300 400 500 600
Gradiente geotérmico
[ 0,0039 °c/m]
Incremental de
temperatura del Motor
Bombeo mecánico
PCP
ESP
127 Hp - posible
barrera para
motores TR3
+- 110 °C
10 a 40 °C

Bombeo de Cavidades
Progresivas
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Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)
La Principal restricción en la CGSJ es el diámetro del
casing
a partir de aquí surgieron alternativas como:
• Varillas alta resistencia
• Varillas huecas (hollow rod)
• Varillas continuas
Límite de torque máximo
aproximado de una varilla
Grado D 1” es de 850 lb x ft
CSG: 51/2”
Tubing: 27/8”
Varilla: 1”
Torque = K x HP / RPM

El bombeo de CP y la temperatura
elastómero
elast mero
HNBR
NBR
Max
temperatura
según seg n
catálogos cat logos
[°C ]
130
Incremental de
temperatura en
el centro del
lóbulo bulo
[°C ]
20
90 20
Delta T hasta 20 °C
Posible
Temperatura
de fondo
admisible
[°C ]
110
70
Posible profundidad
máxima de
instalación. Con
gradiente 0,0390
[°C ]
2821 (*)
1795
(*) Si bien la temp. de elastómero permitiría llegar a esta profundidad, se debería
evaluar previamente la calidad de fabricación del estator y los ajustes entre rotor
y estator, ya que los mismos son muy susceptibles en estas condiciones de
temperatura.

Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)
Profundidad- m
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
Caudal - m3/d
0 100 200 300 400 500 600
Bombeo mecánico
PCP
ESP

Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)
Profundidad- m
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
Caudal - m3/d
0 100 200 300 400 500 600
Torque = K x Hp/ RPM
Gradiente geotérmico
[ 0,0039 °c/m]
Bombeo mecánico
PCP
ESP
Zona estimada de trabajo para
varillas 1”Grado D- Torque
máximo 850 lbxft
+- 80 ºC
Según las RPM de operación, se llega a las tensiones máximas
admisibles en varillas de 1”. Además se necesita un buen ajuste
rotor-estator, asi como una alta calidad en la fabricación de
equipos de fondo
El rango de aplicación se va incrementando (mayor caudal y
profundidad) a partir de la aparición de varillas especiales y nuevos
diseños de bombas y criterios de operación a RPM superiores a 500

Conclusiones
El diámetro de casing mayoritario, ofrece restricciones
importantes a la hora de incrementar la capacidad de
extracción de los sistemas
En BME, la aparición de roscas premium así como las varillas
continuas, incrementa el rango de aplicación del sistema.
También juega un papel importante las unidades de bombeo de
carrera larga (Hidráulicos- Rotaflex-Dynapump en el futuro)
En ESP, el gran desafío lo tienen los equipos TR3 para poder
seguir aumentando su capacidad de transmitir potencia.
El límite de temperatura y la confiabiidad de los motores a
temperaturas elevadas empieza a aumentar con los bobinados
PEEK
En PCP, se comienzan a romper barreras con la aparición de
barras huecas y varillas continuas, y el aumento de las RPM
por encima de los regímenes clásicos.
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Marcelo Hirschfeldt
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