Este documento describe el sistema de levantamiento de pistón Plunger Lift, incluyendo su historia, funcionamiento, elementos, tipos de pistones, instalaciones, parámetros de diseño, ventajas y desventajas. El sistema se utiliza para la extracción de líquidos de pozos de gas de baja producción mediante el uso de un pistón que es impulsado arriba y abajo por la presión de gas.

1. PLUNGER LIFT SYSTEMS
Estudiantes: Nicolas Quiroga
Joan Pinto
Juan Sebastián Lizcano
Gabriel Peña
Brayan Plata
Alejandra Ramirez
Profesor: Gabriel Socorro
Producción II

2. HISTORIA
El sistema de levantamiento artificial
Plunger Lift fue diseñado e
implementado inicialmente en los
Estados Unidos para la explotación
de aproximadamente 120,000 pozos
de gas condensado.

3. PLUNGER LIFT

4. FUNCIONAMIENTO

5. Consideraciones sobre las aplicaciones
RANGOS DE
Típica MÁXIMO
FUNCIONAMIENTO
Profundidad 8000 ' Ninguno
Volumen 1-50 de bbl / d 400 bbl / d
Temperatura 120 F 500 F
Desviación N/A 60 º

6. ELEMENTOS DE FUNCIONAMIENTO
Controlador de cabeza de pozo
Lubricador
Válvulas motoras
Conjunto de separación y regulación de gas
Panel solar
Sensor de llegada

8. CONTROLADOR DE CABEZAL DE
POZO
Elemento que controla las aperturas y
cierres de las válvulas de producción en
función de los parámetros
predeterminados, tiempos, presiones o
una combinación de ambos.
Controladores por tiempos fijos
Controladores por presión
Controladores por combinación de tiempo
y presión

9. LUBRICADOR
Elemento que amortigua la llegada
del pistón a superficie y que contiene
el dispositivo de detección del mismo
permitiendo además atraparlo para
inspección o cambio por necesidad
de operación.

10. SENSOR DE LLEGADA
Monitorea la llegada del pistón a la
superficie y reporta dichas llegadas al
controlador.

11. VALVULAS MOTORAS
Son válvulas de operación neumáticas
que se utilizan para controlar la
producción y la inyección en los pozos
asistidos.

12. CONJUNTO DE SEPARACIÓN Y
REGULACIÓN DE GAS
Suministra el gas de operación de las
válvulas motoras con la cantidad y
presión adecuada.

13. PANEL SOLAR
Mantiene la carga de la batería del
controlador.

15. RESORTE DE FONDO
Elemento que amortigua la llegada del
pistón al fondo del pozo.

16. PISTÓN Ó ÉMBOLO
Dispositivo viajero que constituye la
interface entre el gas impulsor y el
liquido producido.
Pistones macizos con sellos turbulentos.
Pistones de cepillos.
Pistones con almohadillas.

17. PISTÓN SÓLIDO DE ACERO
Está hecho de una sola pieza de acero y no
tiene partes móviles.
No se debe usar en pozos con defectos en el
tubing u otras irregularidades.

18. DOBLE PISTÓN
Diseñado para no permitir que la parafina se
acumule en las paredes de la tubería durante el
flujo.
Está hecho de acero para
herramientas mecanizadas.
Presenta ranuras que permiten el flujo de gas para
generar un efecto de giro del rotor creando un
efecto de corte en las acumulaciones de ceras.
Los surcos a lo largo del pistón son más
anchos para que más parafina se puede quitar.

19. PISTÓN DE ACERO HUECO
Es óptimo para los pozos
que permiten la flotabilidad del
pistón en la tubería.
Está hecho de una sola pieza
de acero y el núcleo de la pieza
está en la parte inferior del
pistón, reduciendo el peso sin
comprometer su durabilidad.
Tiene refuerzo en la cabeza del
pistón para facilitar su pesca.

20. PISTÓN DE CEPILLOS
Está diseñado para operar en
pozos con arena y sólidos en
suspensión en los líquidos.
El cepillo se dobla para prevenir
que los sólidos se acumulen en
el cuerpo y permitir que el
pistón trabaje es zonas
irregulares o apretadas.
Crea un mejor sellado dentro
de la tubería lo cual mejora la
extracción de fluidos.

21. PISTÓN TIPO PAD O DE
ALMOHADILLAS
Está diseñado para su uso en tubos dañados o
defectuosos.
El pistón tiene la capacidad de colapso de su
diámetro exterior, de modo que puede pasar
por espacios estrechos dentro de la tubería.
Las almohadillas son entrelazadas y restringen la fuga o
deslizamiento y por lo tanto se aprovecha la
presión del pozo para maximizar la eficiencia de
elevación.
Las almohadillas están hechas de acero y en
promedio, duran aprox. 6 meses. Sin embargo, su
esperanza de vida depende del número de ciclos que el
pistón ejecuta.
Está disponible en diseños de forma única, doble o
triple.

22. PISTÓN DE VIAJE RÁPIDO (By-Pass)
Está diseñado para permitir el rápido
retroceso del pistón en la parte inferior de la
tubería para iniciar el próximo ciclo.
Es ideal para pozos que tienen una
recuperación rápida de la presión de
elevación y/o producen grandes volúmenes
de líquido.
Es extremadamente duradero y esto evita
trabajos costosos de pesca necesarios para
otro tipo de pistones.
Tiene una válvula de bypass interna que
permite que el gas y los líquidos pasen a
través de su cuerpo central y de la parte
superior, mejorando el tiempo
de desplazamiento de los líquidos.
Este pistón cae en aproximadamente la
mitad del tiempo de un pistón convencional.

23. SELLOS DEL PISTÓN
A) Sellos en posición expandida.
B) Sellos en posición contraída.

24. OPERACIÓN DEL PLUNGER LIFT
1. El émbolo descansa en el resorte impulsor del agujero inferior que se ubica en la
base del pozo. Conforme se produce gas en la línea de ventas, los líquidos se
acumulan en el agujero del pozo, creando un aumento gradual en contrapresión
que hace más lenta la producción de gas.
2. Para invertir el descenso de la producción de gas, el pozo se cierra
temporalmente en la superficie mediante un controlador automático. Esto causa
que la presión del pozo aumente conforme un volumen grande de gas a alta
presión se acumula en la corona entre la tubería de ademe y la tubería. Una vez
que se obtiene suficiente volumen de gas y presión, el émbolo y la carga de líquido
son empujados a la superficie.
3. Conforme se levanta el émbolo a la superficie, el gas y los líquidos acumulados
por encima del émbolo fluyen a través de las salidas superior e interior.
4. El émbolo llega y queda capturado en el lubricante, situado enfrente de la salida
superior del lubricador.
5. El gas que ha levantado el émbolo fluye a través de la salida inferior a la línea de
ventas.
6. Una vez que se estabiliza el flujo de gas, el controlador automático libera el
émbolo, bajándolo por la tubería.
7. El ciclo se repite.

25. Características del sistema Doble Pistón
•Partiendo de la base de un pozo con sistema de plunger lift
convencional instalado, el mismo se puede adaptar instalando un
resorte intermedio y utilizando un pistón adicional.
•El resorte intermedio se instala con equipo de alambre o slick line.
•El mismo debe instalarse a la profundidad óptima de acuerdo a las
características del pozo según las recomendaciones de los
proveedores. Como regla de pulgar esta distancia es un tercio de la
longitud total de la cañería considerada desde el fondo.

26. Características del sistema
Controlad
Lubricado or
r electrónic
Resorte para
Válvula o amortiguación de
pistón superior en
Motora su carrera
descendente.
Pistón superior Retención para
contener los
líquidos elevados
por el pistón
inferior
Resorte
Intermedi Tubing stop
(dispositivo de
o anclaje) + resorte
para amortiguación
del pistón inferior
Pistón inferior en su carrera
ascendente
Resorte
La aplicación de dos pistones en un mismo pozo permite
de fondo
optimizar el gas disponible para el levantamiento de los
líquidos.

27. Características del sistema:
Ciclo de funcionamiento
1) Apertura de pozo
ascenso de los
Estado Inicial: Pozo cerrado 2) Arribo de pistones
pistones

28. Características del sistema:
Ciclo de funcionamiento
4) Cierre de pozo –
3) Período de fluencia descenso de pistones
del pozo

29. Características del sistema:
• El seguimiento del pistón inferior es
indirecto.
• Debe chequearse que el pistón superior
arribe con líquido.
• Operación y optimización: aplican los
mismos criterios para operación con un
pistón.

30. CONSIDERACIONES PARA LA
SELECCIÓN DEL PISTÓN
l. Resistencia al impacto y al desgaste.
2. Coeficiente de fricción con el tubo.
3. Alto grado de repetición del
funcionamiento de la válvula.
4. Capacidad de proporcionar un buen
sellado contra el tubo durante el viaje hacia
arriba.
5. La capacidad de caer rápidamente a
través de gas y líquido.

31. ¿QUE POZOS PUEDEN USAR ESTE
SISTEMA?
GOR mínimo de 300 – 400 SCF/BL por cada 1,000
ft de profundidad que se desee levantar, si se
espera implementar este sistema sin ningún
empuje o gasto de energía adicional.
Desviación máxima recomendada de 35° a 40°.
El restablecimiento de presión en el casing sea
mayor de 250 psi en 3horas.
Alto contenido de parafinas.

32. INSTALACIONES DE PLUNGER
LIFT
Gas Lift Intermitente con Packer
Este tipo de instalación se emplea cuando no se
dispone completamente del gas de la formación, sino que
el gas proviene completa o parcialmente de una fuente
externa.
Normalmente la presión de fondo del pozo es tan baja
que el líquido de la formación no es suficiente para evitar
el escape de gas a través de la columna de líquido
durante un ciclo de elevación intermitente.
Utilizar el pistón permite mayor uso de la energía que
proporciona el gas de la formación reduciendo el fallback.

33. INSTALACIONES DE PLUNGER LIFT
Gas Lift Intermitente con Packer

35. INSTALACIONES DE PLUNGER LIFT
Plunger Lift Convencional sin Packer y
con comunicación entre el casing y el tubing.
Instalaciones de
este tipo
son mucho el más
utilizadas.
Normalmente, no
requieren
suministros de
energía
adicionales.

36. INSTALACIONES DE PLUNGER LIFT
Plunger Lift con Packer y sin comunicación
entre el casing y el tubing.
Esta instalación no se considera para Gas Lift,
pero representa la aplicación de pistones. Este
tipo de instalación requiere que todo el gas debe
venir directamente de la formación durante
el ciclo de levantamiento, y exige que el
RGLf sea muy superior al requerido
para bombeo neumático convencional, ya que el
gas requerido por ciclo debe ser
producido durante el ciclo.
No hay período de almacenamiento U otra
fuente externa de gas posible.

37. PARÁMETROS DE DISEÑO
La velocidad normal de funcionamiento de un pistón
debería estar entre 750 – 1000 pies/min.
Velocidades por encima de los 1000 pies/min redundan
en un desgaste excesivo de los componentes y además
comprometen la integridad de la instalación de superficie.
Velocidades inferiores a 750 pies/min disminuyen
notablemente la eficiencia de sello del pistón, dado que
una parte importante del gas de empuje se escapa a
través de la luz tubing – pistón.
La velocidad del pistón es controlada por la presión
acumulada durante el periodo de cierre y el tamaño del
slug de líquido acumulado durante el periodo de
Afterflow.

38. Respecto al tiempo de afterflow, es necesario definir un
minino con el objetivo de que el pistón no realice viajes
sin liquido y deteriore las instalaciones de superficie por
no tener líquido que amortigüe la llegada del pistón a
superficie.
Este parámetro también debe tener un limite superior
para no dejar acumular una excesiva cantidad de líquido
que pueda llegar a provocar un no arribo y un posterior
ahogue.
Para asegurar un buen funcionamiento del sistema se
realiza el seguimiento de una variable denominada
Factor de Carga que se calcula conforme a la siguiente
ecuación:

39. VENTAJAS
Específicamente diseñado para el uso en pozos de baja
tasa con problemas de carga de líquido, por ejemplo
para remover el líquido de pozos de gas.
Buena confiabilidad, combinada con un fácil
mantenimiento y bajos costos de instalación y
operación.
Fácil de recuperar, sin estructura ni taladro.
Ayuda a mantener el tubing libre de parafinas.
Aplicable para pozos con alto GOR.
Se puede utilizar en conjunto con gas lift intermitente.
Se puede utilizar incluso sin suministro de energía
externa, excepto para la apertura remota de las válvulas.

40. VENTAJAS
No se ve afectado por la desviación que posee el pozo a menos que
se utilice un pistón de sellos positivos (los sellos positivos detienen
su caída por el rozamiento, al no llegar al fondo la válvula de by pass
no se cierra y no regresan a superficie).
La inversión inicial necesaria es baja para la compra de la instalación.
Es capaz de interactuar con la producción de arena.
Al producirlo a bajos caudales, la misma cámara del pozo hace el
papel de separador natural de la arena por decantación de la misma
(por gravedad), durante los periodos de cierre del pozo en cada
ciclo.
No presenta inconvenientes con la producción de gas libre del pozo.

41. DESVENTAJAS
Bajas ratas de producción.
Anular vivo, lo cual representa riesgo en superficie.
No permite alcanzar el agotamiento del yacimiento, para lo cual se
requiere de otro sistema.
Requiere supervisión de ingeniería para una adecuada instalación.
Peligro para las instalaciones en superficie, asociado a las altas
velocidades que puede alcanzar el pistón durante la carrera.
Se requiere comunicación entre el casing y el tubing para una
buena operación, a menos que se use con gas lift.

42. RESTRICCIONES DE USO DEL SISTEMA
1. Restricciones en los equipos de superficie en
las válvulas del árbol de navidad o en el cabezal
del pozo.
2. Desviación excesiva del pozo.
3. Áreas restringidas en el tubo.
4. Áreas excesivas en la tubería.
5. Alta tasa de intermitentes operaciones de
bombeo de gas.

43. POSIBLES PROBLEMAS
Fallback o resbalamiento: cada slug de
líquido pierde entre un 5 y 7% por
cada 1,000ft de prof.
Formación de Anillos de sal, por
evaporación del agua de formación.
Depósitos de parafinas y asfalteno.

44. Sistema de Elevación del Embolo
Sistema de elevación del émbolo los
costos de operación son:
Por lo general, son menos de $ 1000 por año en
mantenimiento.
$ 6500 o menos por circuito completo.