Este documento describe el bombeo electrosumergible, un método para extraer petróleo mediante el uso de bombas sumergidas accionadas por motores eléctricos. Explica que el sistema consta de equipos de superficie, equipos de subsuelo y un cable eléctrico. Los equipos de subsuelo incluyen la bomba, el motor eléctrico y un sello entre ellos para igualar presiones. El documento detalla los componentes y funciones de cada parte del sistema.

1. BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE

2. INTRODUCCION
La explotación petrolera es una de las más importantes
fuentes de riqueza del Ecuador, los ingresos generados por el
petróleo hace que la economía del país sea dependiente de
este recurso.
Para la explotación petrolera se debe tener en cuenta muchos
aspectos, tales como: Ubicación, tipo de petróleo, tipo de
suelo donde se ubica el yacimiento, impacto ambiental, etc.
Uno de los aspectos más importantes y del cual depende la
tecnología a utilizar para la explotación es el comportamiento
del pozo el cual está directamente ligado a los componentes
del suelo donde se encuentra el mineral, es por ello que se ha
buscado diferentes métodos de extracción los cuales se
adapten a las diferentes características de cada pozo, y de esta
manera reducir costos de explotación e incrementar la
producción y las ingresos económicos.

3. JUSTIFICACIÓN
Cuando el pozo deja de producir por flujo
natural, se requiere el uso de una fuente externa
de energía para conciliar la oferta con la
demanda de energía. La utilización del bombeo
electro sumergible es con el fin de levantar los
fluidos desde el fondo del pozo hasta el
separador, es lo que se denomina
levantamiento artificial.

4. OBJETIVO
 Introducción al bombeo electro sumergible
 Sus componentes
 Su operación
 La forma de diagnosticar su funcionamiento.

5. EL SISTEMA
Un sistema de bombeo electrosumergible se
basa en la extracción de petróleo mediante el
uso de bombas centrifugas, similares a las
utilizadas para la producción de agua.

6. 200 KVA
Caja de Panel o Transformador
Venteo VSD
Tubing
Cuellos
Nivel de fluido dinámico
Cable de Potencia
Descarga
Bomba
Succión (Intake) o Separador de Gas
Sección Sellante (Protector)
Motor
Sensor de Fondo (Opcional)

7. EL SISTEMA
200 KVA
Un sistema de bombeo
electrosumergible se puede dividir
en tres grupos principales:
 Equipos de Superficie
 Equipos de Subsuelo
 Cable

8. DATO:
El bombeo electrosumergible es un método que
se comenzó a utilizar en Venezuela en 1958, con
el pozo silvestre 14.
EQUIPO DE SUPERFICIE
La instalación de superficie consta de un transformador
reductor de 13,8 kV a 480 V, voltaje necesario para la
operación del variador de frecuencia, el cual provee el voltaje
trifásico variable al transformador elevador multi-taps,
elevando al voltaje necesario para la operación del motor en
el fondo del pozo, la caja de venteo es un punto de conexión
del equipo de superficie con el equipo de fondo, finalmente
junto a la caja de venteo se instala un registrador de amperaje
del motor electrosumergible.

10. TRANSFORMADORES

11. El primer transformador
reduce el voltaje de
distribución de 13,8 kV
al voltaje de 480
V, necesario para el
funcionamiento del
variador de
velocidad, mientras que
el segundo
transformador eleva el
voltaje de salida del
variador (480V variable
en frecuencia) al voltaje
que requiere el motor
electrosumergible con
las respectivas
conexiones delta o
estrella.

12. MULTI-TABS
El Transformador
Multifrecuencial
es
frecuentemente
utilizado en
aplicaciones como
alimentación de
motores para
bombas pozo
profundo.

13. CABEZAL DEL POZO
 El cabezal cierra
mecánicamente el
pozo en la
superficie, soporta
el peso del equipo
electrosumergible
instalado, además
mantiene un
control sobre el
espacio entre el
casing y la tubería
de producción del
pozo.

14. CAJA DE VENTEO
Cumple con tres funciones importantes:
1. Proveer un punto de conexión entre el bobinado
secundario del transformador elevador multi-taps y
el cable eléctrico de potencia proveniente del
fondo del pozo.
2. Ventea a la atmósfera cualquier gas que se
encuentre en la armadura de protección del cable
eléctrico de potencia que proviene del pozo.
3. Facilita puntos de prueba accesibles para
realizar mediciones eléctricas del equipo de fondo

16. CARTAS AMPEROMETRICAS

17. TABLERO DE CONTROL
Es el componente desde el que se gobierna la
operación del aparejo de producción en el fondo del
pozo. dependiendo de la calidad de control que se
desea tener, se seleccionan los dispositivos que sean
necesarios para integrarlos al tablero. este puede ser
sumamente sencillo y contener únicamente un botón
de arranque y un fusible de protección por sobre carga;
o bien puede contener fusibles de desconexión por
sobrecarga y baja carga, mecanismos de relojería para
restablecimiento automático y operación
intermitente, luces indicadores de la causa de
paro, amperímetro, y otros dispositivos para control
remoto, los tipos de tablero existentes son
electromecánicos o bien totalmente transistorizados y
compactos

18. INSTRUMENTOS
El CONTROLADOR DEL MOTOR ELECTROSUMERGIBLE:
Variable Speed Driver (VSD) está constituido por:
 Un conversor AC/DC
 Un inductor
 Un capacitor
 Puente trifásico de semiconductores del tipo
IGBT

19. CONTROLADOR DEL MOTOR ELECTROSUMERGIBLE
(VSD)
 El controlador del motor
electrosumergible VSD (Variable
Speed Driver), que se instala en la
superficie del pozo entre los
transformadores reductor y elevador
multi-taps, éste controla la velocidad
de rotación del eje en el motor
electrosumergible que se encuentra
axialmente acoplado al eje de la
bomba centrifuga multi-etapa
ubicada en el fondo del pozo.
 El VSD proporciona la potencia
suficiente al equipo de fondo para
que éste funcione en óptimas
condiciones, ofrece además
numerosas opciones de protección,
control y monitoreo del respectivo
equipo que varían de acuerdo al
fabricante, físicamente se observa.

20. La estructura interna de un VSD de 6 pulsos, consta de
una etapa conversora de 6 pulsos, etapa de filtrado y una
etapa inversora, se representa mediante un diagrama de
bloques.

21. INDUCTOR Y CAPACITOR
La etapa de filtrado reduce el rizado de la señal de
voltaje que se rectifica en la etapa anterior
mediante un filtro formado por un inductor (L) y
un capacitor (C), en la conexión que se indica en la
figura.

22. La señal de voltaje a la salida de la etapa de filtrado
mediante el circuito de la figura anterior (bus de
DC), se observa en la figura.

23. Paquete Sensor: Se instala en la base de
motor electrosumergible y es el
encargado de censar y acondicionar la
señal de presión y temperatura de fondo
a una señal eléctrica, para ser transmitida
a través del cable eléctrico de potencia
hacia la superficie.
Paquete inductor: Se ubica junto al
variador de velocidad en la superficie,
proporciona la energía eléctrica al sensor
de fondo para su funcionamiento.
Paquete Indicador: Se encuentra
formado por un display con una interfase
que le permite interactuar con el
operador visualizar la temperatura y la
presión de fondo, se ubica junto al
“Paquete Inductor”.

24. EQUIPOS DE SUBSUELO

25. EQUIPO DE
FONDO

26. EQUIPOS DE SUB-SUELO
Son aquellas piezas o componentes que operan instalados
en el subsuelo.
 Las compañías de bombeo electrosumergible se especializan
en la fabricación de estos equipos, mientras que los
componentes de los otros dos grupos son considerados
misceláneos.

27. ACOPLAMIENTO
Son los conectores cilíndricos con estrías que conectan las
diferentes piezas del aparejo: motor-motor, motor-sello,
bomba-bomba, etc.
El material es de acero inoxidable y son únicos para la conexión
en que se usan. Sus dimensiones dependen del diámetro de
cada componente del equipo BES de fondo.

28. BOLSA O SELLO
Este componente también
llamado sección sellante, 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.

29. BOLSA O SELLO
En la figura se muestra un
sello que se instala entre el
motor
electrosumergible y la bomba
multi-etapa, puede ser
instalado como una unidad
simple o como una unidad
tandem (conexión serie de
equipos del mismo tipo).

30. FUNCIONES DE LA BOLSA O SELLO
• Permitir la igualación de presión.
• 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.
• Transmitir el torque desarrollado por el motor hacia la bomba, a través del
acoplamiento de los ejes.

31. BOLSA O SELLO
Los sellos, al igual que bombas y motores, se clasifican según su
serie, la que se relaciona directamente con su diámetro exterior.
La nomenclatura utilizada, es la misma que para los motores. tr3;
tr4; tr5 y tr7
La tabla a continuación muestra la máxima capacidad de los
motores.

32. TIPOS DE SELLOS
CONVENCIONAL DE TRES CÁMARAS
 Permite una mejor disipación de calor.
 Protege contra la entrada de fluido.
 Cada sello mecánico protege su propio
 El contacto directo entre el fluido del recipiente, creando tres secciones
pozo y del motor ha sido considerado el sellantes en una unidad.
único medio de igualar presiones en el
sistema de sellado  La barrera elástica en la cámara superior
permite la contracción-expansión del
aceite del motor cuando la temperatura
cambia desde la superficie hasta el fondo
y a la de operación.
 La barrera elástica es resistente al
ataque químico y la penetración del gas,
por lo que el aceite del motor se protege
efectivamente contra contaminantes.
 Cada recipiente es lo suficientemente
grande para absorber la expansión-
contracción volumétrica de los motores
más grandes existentes en el mercado.

33. LOS SELLOS PUEDEN SER:
LABERINTO BOLSA DE GOMA

34. SELLOS
LABERINTO BOLSA DE GOMA
 Usados en pozos donde la densidad del fluido
 Las cámaras de laberinto están es semejante a la del aceite del motor o los
compuestas por una serie de tubos, que equipos son instalados en la sección desviada
forman un laberinto en el interior de esta del pozo
para hacer el camino difícil al fluido de
 La bolsa de goma es un elastómero que tiene
pozo que intenta ingresar al motor.
la finalidad de evitar el contacto físico de los
 Este tipo de cámara puede seleccionarse fluidos del pozo con el aceite del motor, pero
para aquellos pozos donde el fluido a al ser muy flexible cumple con equilibrar las
producir tiene una densidad superior a la presiones en ambos lados de ella.
del aceite del motor (con alto corte de
 Cuando el equipo comienza a inclinarse, los
agua), o en pozos verticales
laberintos comienzan a perder su capacidad
de expansión, la cual puede recuperarse
utilizando cámaras de sello positivo.
 A medida que la inclinación aumenta se hace
necesario incrementar la cantidad de cámaras
con elastómero, pudiendo llegar a colocarse
hasta 4 cámaras de bolsa por cada tandem.
 Esto permite alcanzar inclinaciones de
hasta 75o u 80o

35. BOMBA
 Son del tipo centrífugo de múltiples
etapas, cada etapa consiste de un
impulsor (dinámico) y un difusor
(estático). El número de etapas
determina la carga total generada y la
potencia requerida.
 El tamaño de etapa que se use determina
el volumen de fluido que va a producirse.

36. BOMBA
Impulsor Difusor
Cada “ETAPA” esta formada por un Impulsor y un Difusor.
El impulsor da al fluido ENERGIA CINETICA.
El Difusor cambia esta energía cinética en ENERGIA POTENCIAL (Altura de elevación o cabeza)

37. BOMBA
Las etapas a su vez pueden clasificarse, dependiendo de la geometría del pasaje
de fluido, en dos tipos:
F LU JO M IXTO FLUJO RADIAL
 Otra clasificación de los diferentes tipos de bombas se realiza según la SERIE de las mismas. La serie
esta directamente relacionada con el diámetro de la bomba, por ejemplo “A”; “D”; “G”; “H”; Etc .

38. BOMBA ELECTROSUMERGIBLE
La presión desarrollada por
una bomba centrífuga
sumergible, depende de la
velocidad periférica del
impulsor y es independiente
del peso del líquido
bombeado.
CALCULO DE BOMBAS

39. La curva de comportamiento de la bomba electrosumergible, permite conocer las características
de funcionamiento la bomba, como se indica en la figura:

40. En la figura anterior también se observa:
La Curva de Altura de la Columna: Indica la altura de fluido que cada etapa
puede levantar, en función de los barriles por día (BPD) que la bomba extrae del
pozo.
La Curva de Potencia al Freno (BHP): Indica la potencia en HP (Horse Power),
que requiere cada etapa para tener el caudal necesario para levantar el fluido
(BPD).
La Curva de Eficiencia: Indica como varia la eficiencia de la bomba
electrosumergible, hasta a un valor máximo de barriles por día (punto de
máxima eficiencia), que la bomba puede extraer del pozo.

41. MOTOR
El siguiente componente mas
importante del sistema de
bombeo electrosumergible es el
MOTOR.
Este es un motor trifásico, de
inducción tipo JAULA DE
ARDILLA, de dos polos, similar a
los utilizados en aplicaciones de
superficie.

42. MOTOR
Las tres fases son conectadas al bobinado
del motor, el que termina en una estrella
en el interior de este, la cual trata de
estabilizar un punto neutro.
ØA ØC
120o
Fase A
Fase B
Fase C
120o 120o
0o 120o 240o 360o ØB

43. MOTOR
El voltaje aplicado al motor induce un campo
magnético en el bobinado del estator.
El movimiento de este campo magnético
induce otro campo magnético sobre los rotores
alojados en el motor.

44. MOTOR
El campo magnético de los rotores girara a
estos, intentando alcanzar al del estator.
Como tenemos un eje conectado a los rotores,
es posible obtener un trabajo útil en el extremo
de éste.

45. MOTOR
El campo magnético del estator gira a 3600
rpm, cuando la frecuencia del sistema es de 60
Hz.
Los rotores intentan alcanzarlo, pero nunca lo
logran.
La diferencia entre la velocidad del campo
magnético del estator y de los rotores se
denomina deslizamiento.

46. MOTOR

47. MOTOR
Slots
Conductores
Detalle de Laminaciones de un Estator

48. MOTOR
Los motores pueden ser utilizados en sistemas
de potencia de 60 Hz o de 50 Hz.
La diferencia entre ellos será que el motor
funcionando a 50 Hz producirá 5/6 veces la
potencia que desarrollaría a 60 Hz para la
corriente nominal de el, pero a su vez el
requerirá 5/6 veces el voltaje requerido para
funcionar a 60 Hz.

49. MOTOR
Al igual que las bombas, los motores están
clasificados según su SERIE.
La serie esta directamente relacionada con el
diámetro externo del motor
En el caso de ESP, los motores se designan con
números, de acuerdo a su diámetro externo:
TR3; TR4; TR5 y TR7

50. MOTOR
Los motores se seleccionan de acuerdo a la
potencia demandada por el sistema y el
diámetro interior disponible en el revestidor.
Si por alguna razón, el sistema demanda una
potencia mayor a la del motor mas grande para
una serie determinada, estos pueden montarse
en tandems de dos o tres motores, duplicando o
triplicando la potencia

51. MOTOR
Cuando seleccionemos motores en tandem,
debemos tener presente lo siguiente:
Si utilizamos dos motores tendremos doble
potencia.
También necesitaremos doble voltaje en
superficie.
Pero el amperaje máximo permitido será el de
la placa del motor.

52. REFRIGERACION
La refrigeración del motor electrosumergible, se realiza
mediante la circulación de aceite mineral altamente
refinado con una alta rigidez dieléctrica (30kV) y
conductividad térmica, ofreciendo además una buena
lubricación de los componentes mecánicos,
adicionalmente el motor se refrigera por la circulación
del fluido del pozo que debe tener una velocidad
mínima de 1 pie/segundo.
El motor electrosumergible suministra exactamente
tantos HP (Horse Power) como la bomba multi-etapa
necesite, la mayoría de motores están diseñados para
ser más eficientes en el “punto de diseño”, se encuentra
en función de la carga, típicamente tiene valores entre
el 80% y 90% en condiciones normales de
funcionamiento.

53. LOS PARÁMETROS
Los parámetros importantes que se deben tomar en cuenta para la operación
del motor electrosumergible son:
Potencia Nominal: Es la potencia máxima que genera el motor
electrosumergible bajo condiciones nominales de funcionamiento,
generalmente a la frecuencia de 60 ó 50 Hz.
Voltaje Nominal: Es el voltaje necesario que se debe suministrar a los
terminales del motor electrosumergible para su correcto funcionamiento.
Corriente Nominal: Es la corriente que circula por los bobinados del estator
del motor electrosumergible en condiciones nominales de funcionamiento, si
la corriente es menor el motor no se encuentra totalmente cargado,
mientras que si la corriente es mayor a la nominal el motor se encuentra
sobrecargado, condiciones de baja y sobre carga se deben corregir
rápidamente para que el motor no sufra daños mecánicos o eléctricos o deje
de funcionar.

54. SUCCION
El siguiente componente a
considerar es la succión o
intake.
Esta es la puerta de acceso
de los fluidos del pozo hacia
la bomba, para que esta
pueda desplazarlos hasta la
superficie.

55. SUCCION
Existen dos tipos básicos de succiones o
intakes de bombas:
Las succiones estándar
Los separadores de Gas

56. SUCCION
Las succiones estándar solamente cumplen con
las funciones de permitir el ingreso de los fluidos
del pozo a la bomba y transmitir el movimiento
del eje en el extremo del sello al eje de la
bomba.

57. SUCCION
Los separadores de gas, además
de permitir el ingreso de fluidos al
interior de la bomba, tiene la
finalidad de eliminar la mayor
cantidad del gas en solución
contenido en estos fluidos

58. SUCCION
Existen dos tipos de separadores de gas :
De flujo Inverso
Rotativos

59. SUCCIÓN
Los separadores de Gas de flujo
inverso, se componen de un laberinto
que obliga al fluido del pozo a
cambiar de dirección antes de
ingresar a la bomba.
En este momento, las burbujas
continúan subiendo en lugar de
acompañar al fluido.

60. SUCCIÓN
Los separadores de gas
rotativos, utilizan la fuerza
centrifuga para separar el gas del
liquido.

61. SUCCION
El SINFIN fuerza al fluido a
ingresar al separador, aumentando
la presión en el interior de este.
Luego la centrifuga separa el
liquido, que es impulsado a la parte
mas alejada de la centrifuga.

62. SUCCION
El gas permanece cercano al
centro del separador.
En la parte superior un inversor
de flujos permite al gas liberarse
por los orificios de venteo,
mientras los liquidos ingresan a la
bomba

63. SUCCIÓN
La selección del separador de gas
adecuado, dependerá de la cantidad de gas
producida por el pozo, teniendo en cuenta la
siguiente tabla de eficiencia:
Tipo de Succión Capacidad de Separación
Estándar 0%
Flujo Inverso 25% a 50%
Rotativo 70% a 85%

64. SUCCIÓN
Si bien los separadores de flujo inverso y las
succiones estandar no presentan un consumo de
potencia significativo, los separadores rotativos
sí tendran incidencia en la potencia consumida
por el sistema:
Tipo de Succión Potencia Consumida
TR 3 1.75 HP
TR 4 1.25 HP
TR 5 7.00 HP

65. CABLES

66. CABLES
La unión eléctrica entre los equipos descritos,
instalados en el subsuelo, y los equipos de control en
superficie son los cables.
Existen varios tipos de cables en una instalación de
bombeo electrosumergible:
Extensión de Cable Plano
Cable de Potencia
Conectores de Superficie

67. CABLES
La extensión de cable plano, es una cola de cable
de características especiales que en uno de sus
extremos posee un conector especial para acoplarlo
al motor.
En el otro extremo este se empalma al cable de
potencia.
La diferencia entre ambos es que este posee las
mismas propiedades mecánicas y eléctricas que los
cables de potencia pero son de un tamaño inferior.

68. CABLES
El conector al motor, también conocido como
POTHEAD, es uno de los puntos mas críticos de la
instalación.
Debido a las limitaciones de espacio, este es el punto
mas caliente del sistema, especialmente en motores de
alto amperaje.

69. CABLES
Existen muchos tipos
diferentes de cable, y la
selección de uno de ellos
depende de las condiciones a
las que estará sometido en el
subsuelo.

70. CABLES
 Para la selección del tipo adecuado de cable
es necesario tener en cuenta:
 Temperatura de subsuelo
 Presión máxima del sistema
 Relación Gas Petróleo del fluido
 Presencia de agentes corrosivos en el fluido

71. Conductor
CABLES
Armadura
Los cables de potencia pueden
ser redondos o planos.
La selección de uno u otro tipo
Plomo
depende del espacio disponible
Aislacion entre la tuberia de producción y
el revestidor del pozo.
Conductor
Armadura
Nitrilo

72. CABLES
 Siempre que el espacio anular nos lo permita,
preferimos utilizar cable redondo por que:
 Es estructuralmente mas fuerte que el cable
plano, por lo que es menos susceptible a
daños durante la instalación.
 Es totalmente simétrico por lo que el sistema
permanecerá eléctricamente balanceado.

73. CABLES
Una de las razones es que una parte de la corriente que
circula por el cable se perderá como calor.
En un cable redondo todos los conductores tienen la
misma superficie para disipar calor, y por lo tanto la
misma temperatura.
En el cable plano los conductores de los lados disipan
la misma cantidad de calor, mientras que el conductor
central tiene dos calentadores a sus lados que le
impiden disipar la misma cantidad de calor que sus
compañeros.

74. CABLES
Otra razón es que la corriente que circula por el
conductor induce un campo magnético en conjunto
con el conductor a su lado.
En un cable redondo, cada conductor tiene otro a
cada uno de sus lados, mientras que en el cable
plano los conductores de los lados solo cuentan con
un conductor junto a ellos.

75. CABLES
Otro tipo de cables utilizados en instalaciones
de bombeo electrosumergible son los
conectores de superficie.
Estos son colas de cable con conectores
especiales para cruzar a través del cabezal de
boca de pozo.

76. CABLES
Tipos de Cable (Potencia)
Temp. Max. temp.
Denominacion Tipo Aislacion Camisa Barrera Subsuelo Conductor Red Plano
PPE / HDPE Polipropileno /
Polipropileno NO 135 o F 165 o F SI NO
135 Etileno
Specialine 205 Polipropileno /
Nitrilo NO 170 o F 205 o F SI NO
(PPE / O) RD Etileno
Specialine 205 Polipropileno / Tedlar /
Nitrilo 170 o F 205 o F NO SI
(PPE / OTB)FL Etileno Nylon
Specialine 300
EPDM Nitrilo Tape 268 o F 300 o F SI SI
(ETBO)
Specialine 400 Nitrilo de Alta
EPDM Tape 360 o F 400 o F SI SI
(ETBO - HT) Temperatura
Specialead 450
EPDM Plomo Nylon 400 o F 450 o F NO SI
(ELB)

77. CABLES
Extension de Cable Plano Capacidades
Denominacion Tipo Armadura Conductor Max Amp
Kapton/EPDM, #1 110 Amps
Galvanizada /
KELB Camisa de plomo y
Monel #2 95 Amps
Nylon
Kapton/EPDM, #4 70 Amps
Galvanizada /
KEOTB Camisa de Nitrilo y #6 55 Amps
Monel
Tedlar/Nylon

78. Cables
60
#6 #4
50
Caida de Voltaje por Cada 1.000 Pies
40 #2
30 #1
20
10
0
0 20 40 60 80 100 120 140
Corriente en Amperios

79. SENSOR DE FONDO
El sensor de fondo, se encuentra instalado en la base del motor
electrosumergible, se encarga de monitorear la temperatura del
motor y la presión de entrada a la bomba electrosumergible.
Las señales de temperatura y de presión de fondo son
previamente acondicionadas por el propio sensor en el fondo del
pozo y transmitidas a través del cable eléctrico de potencia hacia
la superficie.
El sensor de fondo, está constituido de: un paquete sensor,
paquete inductor y paquete indicador.

80. GRACIAS POR SU ATENCION