El documento proporciona información sobre el diseño de un sistema de bombeo electrosumergible (BES). Explica el procedimiento de diseño que incluye estimar la capacidad de producción del pozo, determinar la profundidad de asentamiento de la bomba, seleccionar la bomba apropiada y calcular la carga dinámica total del sistema.

1. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Parámetros Recomendados
Caudal de Operación: 200-30.000 BPD, En pozos del mar del
norte, ha manejado hasta tasas de 60.000 BPD.
Temperatura: 100 a 400°F.
Desviación del pozo: La bomba debe estar asentada en una zona
de 8° / 100 pies.
Profundidad: Puede operar a grandes profundidades, hasta
20.000 pies.
Propiedades del Hidrocarburo
Gas: saturación de gas libre < 10%
°API: Maneja crudos con °API mayor a 10, es una de las mas
importantes opciones para la extracción de crudo pesado.
Ambientes Ácidos: los materiales soportan ambientes corrosivos.
Propiedades del Yacimiento.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro
Presencia de Arena: < 200 ppm (preferiblemente 0)

2. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
El bombeo electrosumergible se utiliza para manejar grandes volúmenes de líquido y
supera técnica y económicamente a otros métodos de levantamiento artificial cuando
se reúnen las siguientes condiciones:
• Alta productividad del pozo.
•Baja presión de fondo.
• Alta relación Agua-Petróleo (RAP).
• Baja relación Gas- Líquido (RGL).
Cuando se tienen altas presiones de fondo y bajas relaciones agua-petróleo es
necesario considerar otros métodos, como el bombeo mecánico y el levantamiento
artificial por gas, pero no se descarta la posibilidad de utilizar bombeo electro
sumergible.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro
En caso de altas RGP, se puede emplear el bombeo electro sumergible utilizando un
eficiente separador de gas y colocando la bomba lo mas profundo posible.

3. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Ventajas:
• Puede levantar volúmenes extremadamente altos (90000 bpd) en pozos someros con
revestimientos grandes.
• No presenta problema con hoyos desviados.
• Aplicable costa-fuera.
• Los costos de levantamiento para grandes volúmenes son muy bajos.
• Diversidad de tamaños.
• Se pueden instalar fácilmente sensores de presión en el hoyo para ser interpretados en
superficie.
• No causan daños en ambientes urbanos.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

4. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Limitaciones:
• Es imprescindible disponer de una fuente de corriente eléctrica
• Se requieren altos voltajes ( +/- 1000 voltios)
• No es práctico en pozos someros de baja productividad
• Limitaciones por el tamaño del casing
• Los cables causan problemas en el manejo de la tubería
• Los cables se deterioran al estar expuestos a altas temperaturas
• La producción de sólidos y gas es problemática
• No se recomienda en profundidades mayores de 10000 pies debido al costo del cable y a la
dificultad para suministrar suficiente potencia al fondo del pozo
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

5. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Motor: Es la parte mas susceptible a sufrir daños por ser el eje principal del equipo, puede
presentar:
• Excesiva carga de voltaje al motor originada por un mal diseño, desgaste de la bomba, bajo
voltaje.
• Filtración de los sellos del protector, que conllevan a corto circuito en el motor; esta filtración
puede ser originada por vibraciones excesivas de la bomba, mal manejo durante su traslado o
defectos de fabricación.
• Desgaste de la carcasa del motor debido a corrosión.
• Operación insuficiente del motor debido a presencia de humedad en el tablero de control que
originan fluctuaciones en el voltaje.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

6. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Bomba:
• Desgaste de las arandelas inferiores y superiores del impulsor cuando la bomba se
encuentra operando en condiciones de empuje hacia abajo o hacia arriba respectivamente.
• Desgaste de los componentes debido al tiempo de funcionamiento.
• Desgaste de los componentes por abrasión.
• Taponamiento de las etapas por sedimentos.
• Doblez en el eje por mal manejo durante el traslado o el montaje.
• Corrosión.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

7. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Protector:
• Mal manejo que puede ocasionar rompimiento de los sellos de cerámica, produciendo
fugas de aceite.
• Vibraciones de la bomba.
• Excesivas paradas y arrancadas del equipo.
Cable:
• Mal manejo durante la instalación y corrida dentro del pozo.
• Mala centralización.
• Excesiva carga de amperaje.
• Mala conexión con el cable plano.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

8. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Suministro Operacional
Operación ineficiente durante Acondicionamiento deficiente del pozo
Inestabilidad la instalación del equipo
Manejo inadecuado del equipo
Diseño inadecuado del equipo
Practicas inadecuadas durante
la vida operativa del equipo
Deficiencia en el suministro eléctrico Falta de monitoreo continuo
Causas
Propiedades de los materiales
Generales
de fabricación deficiente Temperatura
Bajo Aporte
Proceso de
fabricación deficiente Producción de Gas
Desgaste propio del
tiempo de operación Incrustaciones
Producción de Sólidos
Pozo /
Equipo
Sumergible (BES)
Bombeo Electro
Yacimiento

9. Bombeo Electro Sumergible
(BES)
Diseño de un Sistema BES

10. Diseño de BES Producción 2
Procedimiento para el Diseño BES
1.- Estimar la Capacidad de Afluencia del Intervalo Productor:
-Calcular la IPR con base en la prueba de producción del pozo, presión estática y
la presión de burbuja.
- Estimar la tasa máxima permisible de producción, de acuerdo a la IPR y
considerando futuros problemas de conificación de agua y/o gas y arenamiento.
- Seleccionar el caudal de diseño (bpd) y su respectiva presión de fondo fluyente
(psi)
Qopt = 0.75* Qmáx
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

11. Diseño de BES Producción 2
Procedimiento para el Diseño BES
2.- Determinar el Nivel Dinámico de Líquido (pies):
- Estimar el gradiente de la Mezcla (Gm).
Gm, psi/pie = 0.433 * γm
γm = γo*fo + γw*fw
Donde:
γm: Gravedad específica de la mezcla
γo: Gravedad específica del petróleo
γw: Gravedad específica del agua.
fw: Corte de Agua
fo : Corte de Petróleo = 1-fw
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

12. Diseño de BES Producción 2
Procedimiento para el Diseño BES
2.- Determinar el Nivel Dinámico de Líquido (pies):
-Estimar la altura de la mezcla en pies o Nivel Estático:
Hstatic, pie = Pwf @Qopt/Gm
-Estimar el Nivel Dinámico:
Nivel Dinámico (Hdinamic) = Hwell – Hstatic
3.- Determinar la Profundidad de asentamiento de la bomba (pies):
Hpump = Hdinamic + ∆hdsumergencia-
Donde ∆hd depende del criterio de diseño. Se recomienda una sumergencia de 700 a 1000
pies (dato) de profundidad. Esto es relativo considerando que la bomba se debe colocar a la
Sumergible (BES)
Bombeo Electro
profundidad donde la fracción de gas a su entrada sea mínima.

13. Diseño de BES Producción 2
Procedimiento para el Diseño BES
4.- Estimar la Presión y Temperatura a la entrada de la bomba
-Asumiendo variación lineal, el gradiente dinámico se puede obtener:
Gtd = [Tfondo-Tsuperf]/ Hwell
-La temperatura a la entrada de la bomba a profundidad se determina:
Tintake = Tfondo – Gtd * (Hwell – Hpump )
-Estimar la presión en la entrada de la bomba a profundidad:
Sumergible (BES)
Pintake = 0.433 * γm * ∆hd
Bombeo Electro

14. Diseño de BES Producción 2
Procedimiento para el Diseño BES
5.- Determine las propiedades PVT de los fluidos a condiciones de la entrada de la
bomba:
-Calcular Pb, βw, Rs, βo, z, βg, Rsw
Pb = Dato
Bw = Se asume 1
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

15. Diseño de BES Producción 2
Donde:
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

16. Diseño de BES Producción 2
Procedimiento para el Diseño BES
6.- Determine la fracción de gas en la entrada de la bomba
λg = [(1-fw).(RGP-Rs)-fw.Rsw].Bg / fw.Bw+(1-fw).Bo+[RGP-Rs).(1-fw)-fw.Rsw.Bg]
7.- Comparar la fracción de gas a la entrada de la bomba
-Si λg > o igual a 7% incremente la profundidad de asentamiento de la bomba en
100 pies y repita los pasos 4 a 6.
- Si λg > 7% y se ha alcanzado la profundidad límite de asentamiento de la bomba,
se recomienda colocar un separador para reducir la fracción de gas a la entrada de
la bomba. Se debe considerar la instalación de un separador de eficiencia 90%.
- Si λg < 7% y aún no se ha alcanzado la profundidad total del pozo, es de su interés
Sumergible (BES)
considerar repetir los pasos hasta lograr 0% de gas libre.
Bombeo Electro

17. Diseño de BES Producción 2
Procedimiento para el Diseño BES
8.- Calcular la tasa total de fluido a la entrada de la bomba:
Qt = Qlopt*{fw*Bw + (1-fw)*Bo + [(1-fw)*(RGP-Rs) – fw*Rsw]*Bg}
Si se considera la colocación de un separador se debe tomar en cuenta lo siguiente:
RGPnueva = (1-0.01*Eficiencia)*(RGP-Rs)+Rs
RGLnueva = RGPnueva*fo
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

18. Diseño de BES Producción 2
Procedimiento para el Diseño BES
9.- Carga Dinámica Total (TDH): La carga dinámica total en el sistema BES está dado
por la suma del nivel de fluido dinámico mas la pérdida de fricción de la tubería mas
la presión de descarga (presión del tubing)
TDH, ft = Hdinamic + Fricción del Tubing (Ft) + Presión de descarga (Pd)
Donde:
Pd = Pwh/Gm
Ft = 0,015*{(qt^1,85)*(Hpump)/((ID^4,87)*(C^1,85)}
C=120 (tuberia nueva)
C=94 (tuberia usada)
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

19. Diseño de BES Producción 2
• Selección de la Bomba:
La selección de la bomba esta basada en el caudal que podrá aportar el pozo para una
determinada carga dinámica y según las restricciones del tamaño del casing. La opción más
económica normalmente se da eligiendo equipo de series grandes (diámetros grandes) las
cuales serán restringidas por el diámetro 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 caso de tener dos o mas bombas cerca de la máxima eficiencia, la selección final se
basará en:
1) Comparación de Precios.
2) Potencia requerida (de la cual depende el consumo y el precio del motor).
Una vez seleccionada la bomba, se pueden observar tres curvas características
correspondientes al comportamiento de una etapa de la bomba:
1) BHP(Pump Only Load): Potencia consumida por la etapa (Rojo)
Sumergible (BES)
2) Head Capacity: Capacidad de Elevación (Azul)
Bombeo Electro
3) Eficiencia (Pump Only Efficiency)]: (Verde)

20. Diseño de BES Producción 2
Curva de Comportamiento de una Bomba
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

21. Diseño de BES Producción 2
A partir del gráfico podemos determinar la capacidad de elevación de la etapa (Con
el caudal cortamos la curva de la Head Capacity y leemos el valor en la parte
izquierda del gráfico). Como en cualquier curva característica de bombas centrífugas
se puede observar como varía el caudal en función de la altura de elevación (es decir
respecto a la contrapresión que actúa sobre la etapa.
Siguiendo el mismo procedimiento podemos determinar la potencia consumida por
una etapa (Con el caudal cortamos la línea correspondiente al BHP (pump only
load) y leemos el primer valor de la parte derecha del gráfico).
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

22. Diseño de BES Producción 2
• Dimensiones de la Bomba
Una vez calculada la capacidad de elevación de una etapa y sabiendo que la
bomba deberá vencer una presión (TDH) de columna de líquido, podemos
determinar el N° de Etapas que necesitaremos:
Para calcular el número de etapas requeridas , se divide la carga dinámica total
entre el levantamiento en pies que tiene cada etapa.
Número de Etapas = TDH / Levantamiento de cada etapa (grafica, ft)
Después que se ha calculado el máximo número de etapas, se procede a calcular
los HP requeridos para el total de etapas:
HP totales = HPEtapa(grafica) * N° Etapas * γm
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

23. Diseño de BES Producción 2
• Selección del Motor (Cálculo de Potencia)
Existe una gran variedad de motores en el mercado, y si bien la selección básica se
realiza a través de la potencia requerida, intervienen en la misma el rango de voltaje,
la frecuencia, la profundidad (temperatura), aplicaciones especiales para ambientes
corrosivos, etc.
La potencia requerida por el motor se calcula multiplicando la potencia consumida
por una etapa (calculada anteriormente con la curva) por el N° de Etapas.
HP requeridos = HPetapa * N° Etapas
Con este valor vemos en la tabla de selección de motor a 60 Hz y seleccionamos
el(los) motor(es) necesarios para el diseño.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

24. Diseño de BES Producción 2
• Selección del Cable
El tamaño adecuado del cable depende de los factores combinados de caída de
tensión, amperaje y espacio disponible entre los acoples de tubería de
producción y la tubería de revestimiento.
Remítase a la curva de caída de Tensión del Cable. De acuerdo con el amperaje
del motor seleccionado y la temperatura dada de fondo de pozo, se recomienda
la selección de un tamaño del cable que dé una caída de tensión de menos de 30
voltios por 1.000 pies.
El Voltaje por cada mil pies debe ser corregido por temperatura, mediante la
tabla de corrección.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

25. Producción 2
Diseño de BES
Bombeo Electro
Sumergible (BES)

26. Diseño de BES Producción 2
• Selección del Tablero y Transformador.
Para determinar el voltaje total necesario debemos considerar además la
caída del voltaje en el cable.
Por la tabla anterior obtenemos para los amperios del motor, la caída de
voltaje.
Si consideramos la profundidad a la cual será instalado el equipo:
Voltaje en el cable = Prof. Instalación (Prof. Asentam.) x Caída de voltaje (corregida por T)
Entonces el voltaje requerido en superficie es:
Voltaje Total = 2*voltaje del motor + voltaje del cable
Sumergible (BES)
KVA = (Voltaje Total x Amp x 1.732)/1000
Bombeo Electro

27. Bombeo Electro Sumergible
Ejercicio

28. Ejercicio Producción 2
Ejercicio:
Para el Diseño de sistema de Bombeo Electro Sumergible se tienen las siguientes
condiciones:
Tfondo = 300 ºF yo = 0,9 Rs = 57 pcn/ bn
Tsup = 60 ºF fw = 0,32 RGP = 200 pcn / bn
yg = 0,8 Bo = 2,19 by/bn Bg = 0,0078 bls / pcn
Z = 0,94 Rsw = 12 bls /pcn Ef sep = 90 %
Bomba GN1600 – Series 540
Del análisis nodal se tiene que : Pws = 2500 lpc
Pb = 2000 lpc
Qb = 500 bpd
Qmax = 1200 bpd
Pwh = 150 lpc
Sumergible (BES)
Bombeo Electro