Este documento trata sobre el levantamiento artificial por bombeo de cavidades progresivas. Explica los componentes del sistema como la bomba rotativa, la cabilla, el cabezal y las anclas de gas. También cubre consideraciones de diseño como la selección de bombas, la fracción de gas, la temperatura y la compatibilidad del crudo con el elastómero. El objetivo es proporcionar una introducción al método de bombeo por cavidades progresivas.

1. © PDVSA INTEVEP
LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR BOMBEO DE
CAVIDAD PROGRESIVA
VERUSKA BRICEÑO

2. © PDVSA INTEVEP

3. © PDVSA INTEVEP
CONTENIDO
Introducción
Componentes del sistema
Consideraciones de diseño
Selección de bombas
Diagnóstico en BCP
CONTENIDO

4. © PDVSA INTEVEP
INTRODUCCION
• El método de Bombeo por Cavidades Progresivas es uno de los métodos
de más reciente implantación en Venezuela.
• Su funcionamiento se basa en el principio del “encapsulamiento”
concebido por Rene Moineau en 1920, que consiste en el aislamiento de
un volumen de fluido y su posterior desplazamiento desde una zona de
succión a baja presión hacia una zona de descarga a alta presión mediante
una bomba rotativa de desplazamiento positivo.
Bajo costo inicial
Sistema de alta eficiencia
Excelente para crudo altamente viscoso
Manejo de alto contenido de sólidos y
moderado contenido de gas libre
Buena resistencia a la abrasión
Bajo requerimiento de potencia
Equipo de superficie de bajo perfil
Fácil de instalar y operar
Bajo costo de mantenimiento
Ventajas Desventajas
Tasas de producción hasta 4.000 B/D
Levantamiento neto de hasta 4000 psi
Temperatura de operación hasta 250 ºF
Sensibilidad del elastómero a ciertos fluidos
Baja eficiencia si existe alto contenido de gas
libre
Requiere nivel de fluido constante por
encima de la bomba
Desgaste en pozos altamente desviados
Tendencia a fuerte vibración en altas
velocidades

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Componentes del sistema:
Bomba:
Cabilla:
Cabezal:
Bomba rotativa de desplazamiento positivo
cuyo principio es crear cavidades dentro de
las cuales el fluido es desplazado desde una
zona de baja presión hacia una zona de alta
presión
Elemento de transmisión de potencia desde
el sistema de impulsión a la bomba, diseñado
para soportar las cargas mecánicas e
hidráulicas del sistema
Componente superficial del sistema de
bombeo que sirve de apoyo a la sarta de
cabillas permitiendo su rotación, evitando la
fuga del fluido producido al ambiente y
permitiendo la parada del sistema.
COMPONENTES DEL SISTEMA
Anclas de gas:
Componente adicional que se emplea para
mejorar la eficiencia volumétrica de la bomba

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La bomba consta de dos partes:
Estator: tiene forma interna helicoidal y, generalmente, es de elastómero,
adherido externamente a un tubo de acero
Rotor: es de metal de alta resistencia con forma externa helicoidal
La producción de una BCP es constante y sin
pulsaciones.
Está basada en el tamaño de la cavidad y la
velocidad de operación del sistema.
El tamaño de la cavidad depende de su geometría,
siendo gobernada por cuatro parámetros:
 Relación de Lóbulos
 Paso del Estator o Etapa de la Bomba
 Excentricidad
 Diámetro del RotorRelación
1:2
Relación
2:3
Relación
3:4
COMPONENTES DEL SISTEMA

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Características ACN ACN Nitrilo VITON
Medio Alto Hidrogenado
Propiedades Mecánicas Excelente Buena Muy Buena Pobre
Resistencia a Abrasivos Muy Buena Buena Muy Buena Pobre
Resistencia a Aromáticos Buena Muy Buena Media Excelente
Resistencia a H2S Buena Muy Buena Excelente Excelente
Resistencia al Agua Buena Excelente Buena Excelente
Máxima Temperatura 95 ºC 105 ºC 135 ºC 150 ºC
200 ºF 220 ºF 275 ºF 300 ºF
Propiedades Mecánicas: dureza, resistencia a la tensión, elongación, resistencia al
desgaste, resistencia a la fatiga, deformación permanente, resistencia a la abrasión
COMPONENTES DEL SISTEMA
Elastómeros:

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Tipo de Resistencia Dureza
Composicióncabillas mínima (Lppc) Brinnel
C 90000 185-235 AISI 1036 (al carbón)
D 115000 235-285 Al carbón o aleación
K 85000 175-235 AISI 46XX (aleación)
Diám. tubería (pulg.) Diám de cabillas (pulg.) Tipo de cuello
1 ½ 3/8 HOYO DELGADO
2 – 1/16 3/8 HOYO GRUESO
2 – 1/16 3/4 HOYO DELGADO
2 – 3/8 3/8 HOYO GRUESO
2 – 3/8 3/4 HOYO GRUESO
2 – 3/8 7/8 HOYO DELGADO
2 – 7/8 5/8 HOYO GRUESO
2 – 7/8 3/4 HOYO GRUESO
2 – 7/8 7/8 HOYO GRUESO
2 – 7/8 1 HOYO DELGADO
3 – ½ 5/8 HOYO GRUESO
3 – ½ 3/4 HOYO GRUESO
3 – ½ 7/8 HOYO GRUESO
3 – ½ 1 HOYO GRUESO
3 – ½ 1 – 1/8 HOYO DELGADO
4 – 1/2 5/8 HOYO GRUESO
4 – ½ 3/4 HOYO GRUESO
4 – ½ 7/8 HOYO GRUESO
4 – ½ 1 HOYO GRUESO
4 – ½ 1 – 1/8 HOYO GRUESO
Pueden ser convencionales ó contínuas
Convencionales Contínuas
Requieren una instalación especial
para ser utilizadas en el Lago
No tienen limitaciones en cuanto al
diámetro de tubería
Poseen mayor resistencia
Pueden ser utilizadas en desviaciones
severas
Tipo de Resistencia Dureza
Composicióncabillas mínima (Lppc) Rc
DR 85000 26 1536M
DER 90000 26 4120M
SER 110000 32 4120M
Cabillas:
COMPONENTES DEL SISTEMA

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Los cabezales son de tres tipos:
 Sin caja reductora (directos)
 Con caja reductora
 Hidráulicos
Directos Con caja reductora Hidráulicos
COMPONENTES DEL SISTEMA

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Ancla de gas:
CONCENTRICOS (POORMAN, COPA)
EXCENTRICOS (ECOGAS, X-FLOW)
Equipo de separación de gas cuyo principio
de funcionamiento consiste en inducir el
flujo de la mezcla por las ranuras del ancla,
creando turbulencia y caída de presión, e
induciendo la caída del líquido hacia el tubo
de barro por diferencia de densidades.
Las más utilizadas son las Poorman y copas
Son diseñadas para BMC
COMPONENTES DEL SISTEMA

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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
D = 4 * e * dr * Pasost
e: excentricidad
dr: diámetro de rotor
Pasost: paso del estator
0.1 (Bl/d/rpm)< D < 26 (Bl/d/rpm)
A altas viscosidades mejora el
sello hidráulico favoreciendo a
la eficiencia volumétrica
[ ]BPD
max RPM
minmax
Q @ 500 rpm D
Q @ P
D max
Viscosidad
Caudales 500 RPM
400 RPM
300 RPM
200 RPM
100 RPM
350
300
250
200
150
100
50
0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 PSI
0
5
10
15
HP KW
10
8
6
4
2
0
MODELO 24.35-300
POTENCIA
M 3/dia BFPD
10
0
20
30
40
50
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Dif. de Presión (psig)
Caudal(BPD)
Fluido #2: 480cP
Fluido #1:19cP
Variables Involucradas: caudal, viscosidad, fracción de gas, temperatura del
fluido, profundidad, trayectoria del pozo, tipo de completación,
compatibilidad crudo-elastómero

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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
pip (psig)
Fg
RGP=100
RGP=200
RGP=400
RGP=600
RGP=800
RGP=1000
Efi. Separación = 50%
Fracción de gas:
F.G.< 0.75 en la succión
Para aplicar este criterio se
debe llevar la RGL a
condiciones de fondo:
FG= fracción de gas en la succión de la bomba,
RGL= relación gas líquido en superficie (pie3/Bbl),
Pa= presión en la succión de la bomba (psi),
T2= temperatura en la succión de la bomba (°R),
Z2= factor de compresibilidad en condiciones de succión de la bomba, y
Bo= factor volumétrico del petróleo líquido.
Bw= factor volumétrico del agua (bbl@y/bbl@s)
AYS= porcentaje de agua y sedimentos
Qo= caudal de crudo (bbl)
Rs= Relación de gas en solución
Ql= caudal de líquido (bbl)
22
2 )*(
63.198)*(
)*(
TZ
QlAYSwQooP
QoRsQlRGL
QoRsQlRGL
FG
 




13. © PDVSA INTEVEP
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Temperatura del Fluido:
Profundidad:
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 50 100 150 200
DP (psig)
FlowRate(bpd)
T1=20 ºC
T2=40 ºC
25 rpm
50 rpm
100 rpm
Los elastómeros están
diseñados para trabajar en un
rango de temperatura entre
95°C y 150°C
 El desempeño de las bombas
es función de la temperatura
de trabajo debido a que el
elastómero se hincha
El límite teórico es 9000 ft, sin embargo en Venezuela se conocen aplicaciones exitosas
cercanas a 8000 ft

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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Trayectoria del pozo:
ds
d
BuidUpRate


ds
d
TurnRate


         
S
rityDogLedSeve
D
 122112 -Cos-1*Sen*Sen--CosCosArc 
Dog Led Severity<5°/100piesCriterio operacional:

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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Tipos de completación:
Completación convencional:
La producción fluye por la
tubería y el gas separado fluye
por el espacio anular
Inyección de Diluentes:
La experiencia más extensa es la
del campo Morichal. La alternativa
que ha resultado más exitosa es la
inyección a través de coiled tubing,
muy por debajo de la succión
bomba para garantizar un buen
mezclado
Se inyecta en cabezal para facilitar
el transporte al múltiple o EF

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Compatibilidad crudo - elastómero:
Ensayos de acuerdo a normas ASTM D-2240, D-412, D-471
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Factores a considerar:
Temperatura de operación
Contenido de H2S (rigidizar el elastómero)
Contenido de aromáticos livianos
Contenido de CO2
Contenido de aromáticos pesados
Contenido de arena
Deforman el elastómero
Tamaño del rotor
Criterios de aceptación
Propiedad Aceptación
Variación en dureza Shore A (%) +/-10
Variación en resistencia tensil (%) +/-20
Variación en elongación en ruptura (%) +/-20
Resistencia a Fatiga (# ciclos) > 55000
Hinchamiento (%)
< 3% rotor estándar
3% a 8% rotor undersize
>8% rechazo

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SELECCION DE BOMBAS
DP1
DP2
Qoil,1 Qoil,2
Pwf
Q
Pérdidas hidráulicas en los tramos
ubicados luego del nodo
Curva de afluencia del pozo,
representativa de los tramos
previos al nodo
• Curva de afluencia
• Curva del sistema
• Seleccionar tasa a producir
La bomba a seleccionar deberá
proporcionar el caudal requerido a una
velocidad razonable y deberá tener el head
necesario para llevar el fluido hasta el
cabezal, múltiple ó EF: :
 Capacidad de desplazamiento volumétrico
 Presión diferencial de levantamiento
Nomenclatura de las bombas:
Geremia 22.40-2500: 2200 psi, 40 mm rotor, 2500 bpd@ 500 rpm
Moyno: 50-H-400: 5000 ft, 400 bpd@100 rpm

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SELECCION DE BOMBAS
Curvas de Afluencia:
dr
dPAk
q

 hrA 2
Ley de Darcy:















er
wwf
rrPP
rrPP
sBC
dP
q
hk
r
dr
@
@
'
2


  dP
q
hk
r
dr

2
A h
rwPara flujo incompresible y monofásico:
 wfr
w
e
PP
q
hk
r
r







2
lnUtilizando las CB apropiadas:
dr
dP
r
hk
q

2


19. © PDVSA INTEVEP
SELECCION DE BOMBAS
 wfr
w
e
PP
r
r
hk
q 







ln
00708.0

q - stb/d
k - mD
h - ft
 - cP
re - ft
rw - ft
Finalmente:
 wfr PPJq 







w
e
r
r
hk
J
ln
00708.0

La Ley de Darcy puede escribirse como:
Donde J se conoce como Indice de productividad y sus unidades son stb/d/psi
q
wfP  wfr PPJq 
rP
maxq
wfdP
dq
J 
rPJq max

20. © PDVSA INTEVEP
SELECCION DE BOMBAS
Voguel:
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Flowrate (sbpd)
Pressure(psi)
r
wf
P
P
maxq
q
• Vogel utilizó un simulador numérico de yacimiento para generar su IPR. Estudió algunos casos
para las siguientes condiciones específicas :
– Mecanismo de producción – Solution Gas Drive
– Sin producción de agua
– Presión de yacimiento menor a la presión de burbujeo – Saturated conditions
• Se cambiaron otras condiciones como propiedades del fluido y de las rocas
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Flowrate (sbpd)
Pressure(psi)
wfP
q
Adimensionalizando

21. © PDVSA INTEVEP
SELECCION DE BOMBAS
• Una función lineal no aplica
• Vogel trató con una expresión cuadrática
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Flowrate (sbpd)
Pressure(psi)
r
wf
P
P
maxq
q
2


















rP
wfP
c
rP
wfP
ba
maxq
q
q = qmax para Pwf = 0
q = 0 para Pwf = Pr
Bajo estas condiciones:
a = 1 y c = - ( 1 + b )
Entonces:
 
2
11


















rP
wfP
b
rP
wfP
b
maxq
q
0
0 .2
0 .4
0 .6
0 .8
1
0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1
D im e n s io n le s s F lo w ra te
DimensionlessPressure
b
-1
- 0 .8
- 0 .6
- 0 .4
- 0 .2
0
0 .2
0 .4
0 .6
-1 < b < 0
Vogel utilizó sus resultados numéricos para
conseguier el valor del coeficiente b que
mejor se adaptara a su data
b = - 0.2
2
8.02.01


















rP
wfP
rP
wfP
maxq
q

22. © PDVSA INTEVEP
SELECCION DE BOMBAS
0Fetkovich
-0.1225Klins (Quadratic)
-0.2Vogel
-0.52Wiggins (Oil)
-0.72Wiggins (Water - Multiphase)
-1Linear
bIPR














rP
wfP
b
rP
wfP
b
maxq
q
2
)1(1
Curvas de Afluencia tipo Voguel:
Indice de Productividad:
rwf PP
wfdP
dq
J









*














rP
wfP
b
rP
wfP
b
maxq
q
2
)1(1
 
r
max
P
qb
J


2*
rP
q
J max* 8.1
b = -0.2

23. © PDVSA INTEVEP
Curva del Sistema:
Los componentes de las pérdidas de presión son:
(1) Elevación ó estático
(2) Fricción
(3) Aceleración
dZ
dv
g
v
dg
vf
g
g
dZ
dP m
c
mm
c
mmm
m
ctot

 
2
sin
2
Propiedades de los fluidos
 Crudo: Viscosidad, RGP, Presión de burbujeo, Densidad
 Gas: Viscosidad, Compresibilidad, Densidad
Correlación de flujo a utilizar
Características de la completación: Diámetro de tubería, Restricciones, Rugosidad
Factores que afectan la predicción de la curva del sistema
SELECCION DE BOMBAS

24. © PDVSA INTEVEP
SELECCION DE BOMBAS
Pozos de crudo:
(a) Hagedorn and Brown
(b) Duns and Ross
(c) Ros and Gray
(d) Orkiszewski
(e) Beggs and Brill
(f) Aziz
Pozos de gas:
dry gas:
(a) Cullender, Smith and Poettman
wet gas:
(a) Ros and Gray
(b) Beggs and Brill
Correlaciones comunmente utilizadas para predecir el gradiente de presión en Pozos Verticales

25. © PDVSA INTEVEP
SELECCION DE BOMBAS
Selección de bombas:
•Tipos de bomba (tubería ó insertables)
•Modelos de bombas disponibles en el mercado (convenios de
suministro).
•Modelos instalados en la actualidad en las U.E.
•Soporte técnico de las empresas proveedoras.
•Dimensiones de la bomba: medida del rotor y estator para
asegurar que pueda se instalada en el casing y tubing
existente.
•Factor de uso ó % de carga.
Además del desplazamiento ó capacidad volumétrica y head ó presión diferencial
de levantamiento se debe tomar en cuenta:

26. © PDVSA INTEVEP
DIAGNOSTICO EN BCP
Para el diagnóstico de pozos en BCP se debe:
 Conocer la curva de afluencia del pozo
 Conocer la completación del pozo: diámetros de tubería y
casing, modelo de la bomba instalada con sus respectivos
seriales, profundidad de asentamiento, diámetro de cabillas.
 Características del crudo manejado: viscosidad, RGP y
%AYS
 Históricos de intervención
 Chequear parámetros operacionales: corriente, voltaje,
frecuencia de accionamiento, torque, valores de protección
en el VSD (setting)
 Prueba de acción de bombeo
 Niveles de fluido
 Restauración de presiones
 Condiciones del cabezal: niveles y condición del aceite,
estado del prensaestopas
Los parámetros de operación deberán estar acordes con los resultados de los simuladores
Desprendimiento de
Pequeños pedazos de
Goma