ANDREINA

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA
EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
SANTIAGO MARIÑO
EXTENSIÓN: COL - SEDE: CABIMAS
BOMBEO
ELECTROSUMERGIBLE.
Autor.
Andreina Nieves
C.I: 23.875.248
Código: 50
Cabimas, octubre 2018.

2. El bombeo electro-sumergible (BES).
Este sistema se encarga de emplear energía eléctrica la cual para
que funcione es convertida en mecánica para levantar una columna
de fluido, desde una profundidad especifica hasta la superficie a
una presión determinada.
Para diseño de un Sistema LAG, recordar que para poder
desplazar volúmenes de alta eficiencia y economía en yacimientos
rentables, pozos profundos el objetivo de este diseño de sistema
de Lag es para manejar tasas extremadamente altas de flujo.
Este método ocasionalmente se aplica en los siguientes casos:
❖ Alto índice de productividad.
❖ Baja relación gas-líquido.
❖ Baja presión de fondo.
❖ Alta relación agua-petróleo.
El BES, con el paso del tiempo ha sido un sistema de producción
eficiente y económico, en la industria comparados con otros
sistemas de producción tiene ventajas y desventajas, como la
mayoría de los sistemas de producción no siempre hay uno que es
mejor sin traer consecuencias.
En este sistema BES, debe reunir características que a su vez no
afecte su funcionamiento con altas relaciones aceite/gas, las altas
temperaturas, arenas en los fluidos, son factores indeseables sobre
la eficiencia del mismo.
El BES, su unidad se constituye en el fondo del pozo, por los
siguientes componentes:
Unidad BES.
➢ Motor eléctrico.
➢ Protector.
➢ Bomba electro-
centrifuga.
➢ Cable productor.
➢ Sección de entrada.
BES partes superficiales.
➢ Cabezal.
➢ Cable superficial.
➢ Tablero de control.
➢ Transformador.
Nota:
El BES se basa en la utilización de bombas
centrífugas “de múltiples etapas” ubicadas en el fondo
del pozo, estas son accionadas por motores eléctricos.
También el BES tiene un rango de capacidades que va
desde 200 a 9000 BPD, trabaja a profundidades entre
los 12000 y 15000 pies, el rango de eficiencia está
entre 18-68%, usado en pozos t verticales o inclinados.

3. BES accesorios (operación exitosa).
➢ Separador de gas.
➢ Flejes para cable.
➢ Extensión de la mufa.
➢ Válvula drenaje.
➢ Cables.
➢ Válvula de contrapresión.
➢ Centradores.
➢ Sensor de presión/temperatura fondo.
➢ Dispositivos electrónicos.
➢ Caja de unión.
➢ Controlador de velocidad variable.
Para una operación exitosa es indispensable los componentes ya
mencionados, cada uno tiene una función esencial en el sistema ya que
debido a esta se obtienen buenas condiciones en las operaciones que
permiten impulsar el crudo/Hidrocarburos a la superficie.
Ventajas del BES. (Bombeo electro-sumergible).
❖ Costos de levantamiento en volúmenes altos son bajos.
❖ Se Usa en pozos verticales y desviados.
❖ Estas instalaciones no impactan en las zonas urbanas.
❖ Bajo mantenimiento.
❖ Facilita el monitoreo de presión/temperatura de fondo del hoyo, por
medio de sensores.
❖ Puede ser manejado en pozos con grandes cortes de agua y baja
relación gas-líquido.
Desventajas del BES. (Bombeo electro-sumergible).
❖ Es necesaria la corriente eléctrica, de preferencia altos voltajes.
❖ Los cables se deterioran al estar expuesto a altas temperatura.
❖ Los cables dificultan el corrido de la tubería de producción.
❖ No es para el ingeniero recomendable usar este método cuando
hay alta producción de sólidos.
❖ No es funcional a altas profundidades debido al costo del cable, a
problemas que se presenten en las operaciones.
❖ Si hay Presencia de gas libre en la bomba, no funciona debido a
que impide el levantamiento.
❖ Las bombas se ven afectadas por temperatura de fondo y la
producción.

4. Características principales de un sistema de Bombeo Electro-
sumergible.
No es recomendable emplear este sistema en pozos de alta
relación GLR.
No es recomendable emplear este sistema en pozos de bajo P. I. y
Baja Presión.
Es fundamental para el diseño, conocer la presión de burbuja del
reservorio que el pozo va drenar, así como la presión actual del
reservorio.
La importancia de esto último radica en que no es lo mismo
bombear una sola fase líquido que dos fases (gas/líquido), debido
a que la ecuación del Índice de Productividad cambia según sea el
caso, de allí el porque se hace necesario conocer la presión del
reservorio y su valor respecto a su presión de burbuja.
Las condiciones mecánicas del pozo pueden ser otro factor
limitante por lo que es necesario conocer las características de la
completación diámetro del casing y los intervalos abiertos a
producción.
Otro factor a tener en cuenta sin duda es el corte de agua, como la
mayoría de los sistemas de levantamiento artificial, éste se ha
diseñado para fluidos incompresibles, y como sabemos el petróleo
sí es compresible, más aun cuando está acompañado de gas.
Es necesario también considerar el tipo de fluido del reservorio y
sus características la alta viscosidad del fluido es un factor
limitante, y en algunos casos, en reservorios no consolidados, los
fluidos producidos son acompañados por granos de arena y en
otros, se forman incrustaciones al ingresar a la instalación,
dañando sus partes.
En el Sistema de BES. (Bombeo electro-sumergible) siempre es
conveniente recordar como todo ingeniero en una industria petrolera.
Lo barato “NO” siempre es conveniente.
La más costosa “NO” es la solución.

5. Parámetros que se debe controlar en el BES. (bombeo-electro
sumergible).
➢ Verificación del nivel de fluido.
➢ Verificación de la instalación.
➢ Presiones de cabezal y fondo.
➢ Seguridad y optimización.
Pasos para diseñar una instalación de Bombeo Electro-sumergible.
Recopilación de datos de la información del pozo.
➢ Diámetro, grado y peso de los forros.
➢ Intervalos perforados.
➢ Profundidad estimada de la Bomba.
➢ Presiones: estática y fluyente al punto de perforaciones.
Datos del Reservorio.
➢ Presión de Burbuja.
Datos de Producción.
➢ Régimen estimado.
➢ % de agua.
➢ G.L.R.
➢ Nivel Estático.
➢ Nivel Dinámico.
Características del Fluido.
➢ Gravedad Específica del Petróleo.
➢ Gravedad Específica del Agua.
➢ Viscosidad del Petróleo.
Consideraciones Adicionales.
➢ Producción de Finos.
➢ Corrosión.
➢ Incrustaciones.
➢ Emulsiones.
➢ Presencia de Sales.
➢ Presencia de H2S.
➢ Alta Temperatura.

6. Qmax: Máximo flujo a la Presión cero.
Pwf: Presión Fluyente de Fondo.
Pr: Presión del reservorio a un flujo dado.
q: Régimen de flujo a la presión Pwf.
Ecuaciones del diseño de un sistema de levantamiento artificial por
Bombeo Electro-sumergible (BES).
Índice de Productividad. (Cuando la presión es mayor que la presión de
burbuja, flujo de una sola fase):
Índice de Productividad. (Cuando la presión es menor que la presión de
burbuja, flujo bifásico o más conocida como la ecuación de Vogel):
Figura.

7. Ht: Altura total.
Hd: Altura de descarga.
Hs: Altura de Succión.
Hed: Altura estática en la descarga
diferencia de presión entre el nivel de
sumergencia y la descarga.
Hfd: Altura equivalente debido a
pérdidas por la fricción.
Ps: Presión de descarga en el
separador.
Hes: Profundidad vertical de la Bomba.
Hf: Altura equivalente a la pérdida por
fricción.
Prs: Presión del reservorio a la
profundidad de succión.
El nivel (altura) dinámico de bombeo: se calcula considerando las
presiones ejercidas por la ubicación de la bomba generalmente 100´
sobre el tope de las perforaciones, la sumergencia y finalmente la presión
del reservorio a esa profundidad.
La altura total: resulta de la suma algebraica de las presiones
representadas por la pérdida de presión por fricción en la tubería de
producción y la presión de descarga, así como la altura dinámica, de la
siguiente ecuación:
Altura total: Es la atura que debe vencer la bomba, (Heat = Ht).
Altura de Descarga: Es la suma algebraica de la altura estática de
descarga y la altura debido a pérdidas por fricción en el sistema.
Altura de Succión: Es la suma algebraica de la altura estática más las
pérdidas por fricción en la succión de la bomba.

8. Curva de Vogel: Relación (Pwf/Pr) vs (q/qmax)
Para aplicar las ecuaciones es necesario primero determinar el valor
de q óptimo a partir de la ecuación de Vogel, graficando en la curva
los valores de régimen (q) vs, altura dinámica.
Una vez hallado este valor y su altura correspondiente se va a la gráfica
del rendimiento de la bomba seleccionada y se halla la altura y la potencia
correspondientes por etapa, dividiendo el valor de Ht entre el valor de la
altura hallado, se obtiene el número de etapas, luego multiplican este
último valor por la potencia (hp) se halla la potencia total al freno del
motor.
Determinación del Nivel Dinámico.
➢ Se calcula la distancia entre el punto medio y el tope de las
perforaciones pozos verticales.
➢ Se hace la suma algebraica del nivel de sumergencia de la bomba
(1000’) la presión al punto medio de las perforaciones y la distancia
de la bomba al mismo punto.
➢ Se reemplaza el valor hallado anteriormente y los demás valores
en la ecuación y se halla la carga total al régimen de flujo
seleccionado.
Curvas características empleadas en el sistema de bombeo electro-
sumergible (BES).
Se muestran en la siguiente ecuación a continuación:

9. 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
bomba seleccionada deberá ser aquella en el que el caudal teórico a
extraer se encuentre entre los límites óptimos de trabajo de la misma y
cerca de la máxima eficiencia.
En tal caso de tener dos o más bombas cerca de la máxima eficiencia, la
selección final se basará en:
❖ Comparación de Precios.
❖ Potencia requerida.
Una vez seleccionada la bomba, se pueden observar tres curvas
características correspondientes al comportamiento.
❖ BHP: Potencia consumida por la etapa “Rojo” Sumergible (BES)
❖ Head Capacity: Capacidad de Elevación “Azul” Bombeo Electro.
❖ Eficiencia: “Verde”
Equipos eléctricos de bombeo electro-sumergible (BES) de fondo y
de superficie.
Para poder aplicar este sistema BES, se debe conocer y tener alta
comprensión de la parte eléctrica y electrónica, su finalidad es de analizar
y enfocar este bombeo como un sistema integral donde los parámetros del
yacimiento y del pozo coordinen con el equipo del BES, de fondo y el
equipo BES de superficie así ambos se encuentren relacionados.
Una buena coordinación y técnica añadiendo una comunicación personal
del área de electricidad-electrónica con el personal autorizado en este
caso los ingenieros de petróleo área operación y producción ya que son
fundamentales e importantes para optimizar este sistema BES, así
obtener extender la vida útil de los equipos BES.
Conceptos.
❖ Voltaje: potencial eléctrico, expresado en voltios, dos cuerpos con
distintas cargas entran en contactos produciendo una circulación
de electrones desde la carga negativa a la carga más positiva,
hasta que los dos se igualan. Es la magnitud física que, en un
circuito eléctrico, impulsa a los electrones a lo largo de un
conductor, conduce la energía eléctrica con mayor o menor
potencia. A la diferencia de potencial se le llama comúnmente
tensión o voltaje eléctrico, su unidad de media es el voltio o Volt.

10. ❖ Corriente: Es el movimiento de electrones a lo largo de un
conductor conectado a un circuito en el que hay una diferencia de
potencial, es decir si la corriente fluye en tanto exista una diferencia
de potencial, Si la polaridad de la diferencia de potencial no varía,
la corriente siempre fluirá en una dirección y se le denomina
corriente directa “C.D.” o continua “C.C.”.
❖ Frecuencia: Es una onda de corriente alterna, la variación de la
tensión o corriente. Al número de ciclos generados en un segundo
se le conoce como la frecuencia de la tensión o de la corriente. La
unidad de medida de la frecuencia es el Hertz.
❖ Resistencia: Es la oposición que presenta un cuerpo al paso de la
corriente eléctrica, el efecto de esta es disipar energía en el cuerpo
o conductor por el que circula la corriente con lo que se eleva la
temperatura conocido como efecto de joule.
R = KL / A
R = resistencia del conductor
K =coeficiente de resistividad
L = Longitud del conductor
A = Área, la sección transversal
❖ Resistencia óhmica: En esta resistencia se trata de medir la
resistencia que existe entre dos fases del motor o cable de
potencia. En esta medición se deben obtener valores del orden de
Ohms. Para medir la resistencia óhmica entre fases se utiliza el
óhmetro “multímetro digital”.
❖ Bomba Electro-sumergible: Estas bombas son de múltiples
etapas, cada una consiste de un impulsor este es dinámico y un
difusor que es estático. El número de etapas va a determinar la
carga generada total y la potencia que se requiere, este tipo de
bombas se fabrican por diferentes materiales debido a los
requerimientos del pozo y el operador. Su función básica es
imprimir a los fluidos del pozo, el incremento de presión necesario
para llegar a la superficie, el gasto requerido con presión
suficiente en la cabeza del pozo.
EJEMPLO 1. EJEMPLO 2.
Resistentes a la arena.
La flecha también se fabrica de
diferentes materiales como K-
Monel, Inconel, etc. Cada etapa
provee una altura de levantamiento
de fluido
A 3500 rpm, el gasto siendo cero y
en la bomba se establece una
presión que alcanza 5300 pies,
para lo cual se requiere una
potencia de 40 Hp, todo lo anterior
para 100 etapas.

11. “Para producir 2500 barriles
ejemplo, tenemos una carga
dinámica de 3000 pies y la bomba
seleccionada levanta 30 pies por
etapa, el número total de etapas
requeridas es 3000 pies / 30
pies/etapa=100 etapas”
Se abre la válvula de descarga y
empieza el flujo: la curva de
capacidad descarga, baja
progresivamente, las curvas de
potencia y eficiencia van
aumentando a medida que
aumenta el gasto.
Durante la prueba se miden varios puntos:
• El gasto.
• El incremento de presión a través de la bomba y la potencia al
freno.
• El incremento de presión se convierte en carga de la columna
hidráulica y se calcula la eficiencia total de la bomba. Con base en
esos datos se dibujan las curvas de carga, potencia al freno y
eficiencia en función del gasto manejado.
Construcción de gráfica con curvas características para una bomba se
realiza de la siguiente manera.
• El gasto se mide por medio de recipientes orificios calibrados.
• La altura total de elevación o carga hidráulica, se determina fijando
la altura de succión por medio de un vacuómetro.

12. • La potencia se determina por medio de un dinamómetro o por la
potencia que alcance el motor eléctrico de acondicionamiento.
• El número de revoluciones por minuto se obtiene por medio de un
tacómetro o por medio de un contador de revoluciones.
• La eficiencia se obtiene al despejarla de la fórmula de la
potencia de la bomba.
Cada curva representa el comportamiento de la bomba a una velocidad
particular para alturas de elevación variables.
Equipo de superficie de bombeo electro-sumergible (BES).
❖ Generador eléctrico: El Generador debe operar a todos los
porcentajes de carga de acuerdo a su curva de comportamiento y
soportar los cambios repentinos de carga de cualquier valor entre
cero y el límite extremo de la capacidad del generador sin sufrir
daños. El diseño del BES, debe cumplir para así poder operar
confiable y seguro con cargas no lineales, estos son convertidores
electrónicos para variación de frecuencia.
❖ Capacidad del generador: Debe tener una capacidad nominal en
“KVA’s” minino de un 20 o 30% adicional a la carga conectada, a
factor de la potencia en atraso no menor a 0.85, sin exceder la
elevación de temperatura.
❖ Voltaje de la unidad: El voltaje de generación depende de la
capacidad del generador este podrá ser a 480 o 4160 o 13,800
Volts. además debe ser construido de acuerdo con las Normas
NEMA MG-1 Y MG-2.
❖ Temperatura: El aumento de temperatura máxima de operación no
debe exceder el valor establecido por las normas NEMA y API.
❖ Pruebas eléctricas y mecánicas: Las pruebas para el generador
eléctrico deben ser estar entre las normas NEMA MG-1, MG-2 e
IEEE-112.
▪ Hermeticidad de la envolvente.
▪ Balanceo dinámico del rotor.

13. ▪ Prueba con 20% de sobre-velocidad.
▪ Resistencia óhmica en frio de los devanados del estator y
rotor.
▪ Determinación de curva de saturación en circuito abierto.
▪ Determinación de impedancia en cortocircuito.
▪ Balanceo de tensiones.
▪ Secuencia de fases.
▪ Forma de onda de la F.E.M.
▪ Aislamiento contra corrientes en la flecha.
▪ Factor de interferencia telefónica.
▪ Cortocircuito de fase a tierra.
▪ Determinación de pérdidas y eficiencia.
▪ Resistencia de aislamientos.
▪ Reactancia de cortocircuito, transitoria y sub-transitoria
▪ Factor de potencia.
▪ Índice de polarización.
❖ Protecciones eléctricas: también llamado Sección sellante ver
se localiza entre el motor y la bomba: está diseñado
principalmente para igualar la presión del fluido del motor y la
presión externa del fluido del pozo a la profundidad de colocación
del aparejo. Las funciones básicas de este equipo son:
▪ Permitir la igualación de presión entre el motor y el anular.
▪ Absorber la carga axial desarrollada por la bomba a través
del cojinete de empuje, impidiendo que estas se reflejen en
el motor eléctrico.
▪ Prevenir la entrada de fluido del pozo hacia el motor.
▪ Proveer al motor de un depósito de aceite para
compensar la expansión y contracción del fluido
lubricante, durante los arranques y paradas del equipo
eléctrico.
❖ Cables: La unión eléctrica entre los equipos descritos, instalados
en el subsuelo, y los equipos de control en superficie son los
cables.
❖ Transformadores: Los factores a considerar cuando se especifica
o diseña un transformador son: Especificaciones eléctricas, Voltaje,
Impedancia, relación de transformación, factor K, altitud de
operación, condiciones de servicio, nivel de ruido, corto-circuito,
capacidad de derivaciones, también están las Especificaciones
mecánicas que son: tanque, tipo y preservación del líquido, registro
de mano.

14. Los transformadores según sus características se clasifican de la
siguiente manera:
Capacidad.
➢ Transformador de distribución. Son los transformadores con una
capacidad de hasta 500 KVA.
➢ Transformador de potencia. Son los transformadores con una
capacidad mayor de 500 KVA.
Tensión.
➢ Transformador de baja tensión. Son los transformadores que
operan con una tensión de 600 volts o menor.
➢ Transformador de media tensión. Son los transformadores que
operan con una tensión desde 600 hasta 4160 Volts.
➢ Transformador de alta tensión. Son los transformadores que
operan con una tensión de superior a los 13800 volts.
Enfriamiento.
➢ Medio de enfriamiento Símbolo Aceite mineral O Gas G Agua W
Tipo de circulación Símbolo Natural N Forzada F.
➢ Por su sistema de disipación de calor.
❖ Motor eléctrico: Esta colocado en la parte inferior de aparejo,
recibe la energía desde una fuente superficial, a través de un
cable, su diseño compacto es especial, ya que permite introducirlo
en la tubería de revestimiento existente en el pozo y satisfacer
requerimientos de potencial grandes, también soporta una alta
torsión momentánea durante el arranque hasta que alcanza la
velocidad de operación, que es aproximadamente constante
para una misma frecuencia.
❖ Separador de gas: Es un componente opcional del aparejo
construido integralmente con la bomba, se coloca entre ésta y el
protector. Sirve como succión o entrada de fluidos a la bomba y
desvía el gas libre de la succión hacia el espacio anular. El uso
del separador de gas permite una operación de bombeo más
eficiente en pozos gasificados, ya que reduce los efectos de
disminución de capacidad de carga en las curvas de
comportamiento, evita la cavitación a altos gastos, y evita las
fluctuaciones cíclicas de carga en el motor producidas por la
severa interferencia de gas.

15. ❖ Sensor de fondo: Está constituido por circuitos que permitan
enviar señales a superficie registradas mediante un instrumento
instalado en controlador, convirtiendo estas, en señales de presión
a la profundidad de operación de la bomba.

16. Bibliografía.
https://christian3306.files.wordpress.com/2010/10/bombeo-
electrosumergible.pdf
https://www.lacomunidadpetrolera.com/2009/05/bombeo-
electrosumergible-bes.html
https://issuu.com/jonathanbarrios/docs/bombeo_electrosumergible
http://www.monografias.com/trabajos63/levantamiento-artificial-
bombeo/levantamiento-artificial-bombeo2.shtml