2. Libro Bombeo Electrosumergible

5/20/2018 2. Libro Bombeo Electrosumergible

1/83

22.. LLIIBBRROOBBOOMMBBEEOO

EELLEECCTTRRUUSSUUMMEERRGGIIBBLLEE


2/83

2

Bombeo Electrosumergible

Seccin 1

COMPONENTES DEL SISTEMA DE BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE (BES)

Y SUS APLICACIONES

Los componentes bsicos de subsuelo de un Sistema de Bombeo Elctrico Sumergible son:

motor, protector, intake, bomba, cable de conexin del motor y cable de potencia.

Entre los elementos complementarios del sistema estn el separador de gas, manejador

avanzado de gas AGH y la unidad sensora de presin y temperatura, Surveyor/Pumpwatcher.

Algunos de los accesorios comnmente usados son vlvulas check y bleeder, centralizadores,

protectores de cable,Ytool, empacaduras, conectores elctricos y sistemas de inyeccin de

qumicos.

1.1 La bomba

Las bombas sumergibles son bombas centrfugas de etapas mltiples. El tipo o geometra de

la etapa determina el volumen de fluido que maneja la bomba y el nmero de etapas

determina el levantamiento total generado (TDH). Las bombas se construyen en un amplio

rango de capacidades para aplicaciones en diferentes tamaos de casings.

Las etapas se designan de acuerdo al punto de mxima eficiencia (BEP) en barriles por da a

60 Hz. Por ejemplo, la etapa DN1750 est diseada para producir 1750 bpd en su punto de

mxima eficiencia.

La letra "N" en el nombre de la bomba (DN1750) indica que el material de las etapas es Ni-Resist, el cual es el material estndar del que se construyen los impulsores y difusores. Paraaplicaciones especiales tales como: ambientes extremadamente corrosivos, produccin de

fluidos con abrasivos o con problemas de asfaltenos o escala, REDA provee aleaciones y

revestimientos especiales. Cuando se requiere producir fluido con muy baja lubricidad se

utilizan sistemas de cojinetes autolubricantes de graphalloy.

La ausencia de la letra "N" en la denominacin de la etapa indica que el material del impulsor

es plstico.

Los nmeros de housing tales como "40", "110", etc., se refieren a una longitud de housing

predeterminada y esta longitud es comn para todos los tipos de bombas desde laAhasta la

J. Puesto que no todas las etapas tienen la misma altura, el nmero de etapas alojadas en unhousing determinado no ser necesariamente el mismo para los diferentes tipos de etapas.

An ms, incluso con el mismo tipo de etapa el nmero de etapas alojadas en un mismo

housing puede variar con los diferentes tipos de construccin como FL (flotante), BFL

(Flotante en el fondo), CR (Compression Ring), FL-ARZ (Flotante con sistema de cojinetes

resistentes a la abrasin), FL-ES (Flotante con estabilizacin mejorada - cojinetes resistentes a

la abrasin en la base y la cabeza), etc.


3/83

3


El uso de housings de longitudes fijas permite el uso de partes comunes (housings, ejes) en

diferentes tipos de bombas.

Por ejemplo, una bombaA1200tiene impulsores de plstico (Ryton) y estn diseados paraoperar a mxima eficiencia aproximadamente cuando manejan un caudal de 1200BPD a 60

Hz. La bomba AN1200 tiene la misma geometra y tendr casi exactamente el mismo

comportamiento, pero sus impulsores metlicos son de Ni-Resist. Los impulsores sonmetlicos de Ni-Resist en los dos casos.

Esta nomenclatura es vlida para las series: 338 (A), 400(D), 540(G), 538(S), 562(H) y 675(J)

pero no se aplica en las bombas ms grandes.

Las bombas M520, M675, N1050, N1500 y P2000 tienen etapas de Ni-Resist, aunque la letra

"N" no aparece en el nombre. Adicionalmente, estas bombas no estn clasificadas en "bpd"

sino en "gpm". Esto se debe a que estas bombas se usan ms comnmente para bombear agua

que para petrleo.

Por ejemplo, una bomba M675 est diseada para ser ms eficiente alrededor de los 675 gpm

(a 60 Hz).La designacin de los tamaos de housing para las bombas tipo My ms grandes se basa

estrictamente en el nmero de etapas, 2, 5, 9, etc.


4/83

4


Series - O.D.

Capacidad

Tipo de Monel del eje Medida de

RecomendadaEje

@ 60 HzBomba Max BHP ( BPD) (M

3/D)

A400 94 0.625 200 500 3 -94 0.625 400 700 6 -94 0.625 550 1100 8 -94 0.625 800 1650 1 -94 0.625 600 1400 9 -125 0.687 1000 2000 1 -125 0.687 1000 2000 1 -

80AN550 111AN900 175A1200 262

AN1200 223A1500 318

AN1500 318

DN280 44 0.50 100 450 1 -94 0.625 200 550 3 -94 0.625 100 550 1 -94 0.625 300 625 4 -94 0.625 325 850 5 -125 0.687 600 1150 9 -125 0.687 700 1250 1 -125 0.687 600 1350 9 -125 0.687 800 1600 1 -

125 0.687 900 - 1850 1 -125 0.687 1200 2050 1 -125 0.687 1200 2400 1 -125 0.687 1400 2600 2 -256 0.875 2000 3700 3 -256 0.875 2400 4000 3 -256 0.875 3400 5200 5 -

72D400 87

DN440 87DN525 99DN675 135D950 183

DN1000 199DN1100 215DN1300 254D1400 294

DN1750 326DN1800 382DN2150 413DN3000 588DN3100 636DN4000 827

GN1600 256 0.875 1200 2000 1 -256 0.875 1650 2500 2 -256 0.875 1800 3100 2 -256 0.875 2000 3400 3 -256 0.875 2200 4150 3 -375 0.995 2500 5000 3 -375 1.00 3900 6600 6 -375 1.00 4000 7500 6 -375 1.00 5000 9000 7 -637 1.187 7000 12000 1 -

318GN2100 398GN2500 493G2700 541

GN3200 660GN4000 795GN5200 1049GN5600 1193GN7000 1431GN10000 1908

Bombas - 60Hz - 3500 RPM

338 Series - O.D. 3.38

400 Series - O.D. 4.00

513 Series O.D. 5.13




SN2600 256 0.875 1600 3250 2 - 517SN3600 256 0.875 2400 4700 3 - 747SN8500 256 1.00 6000 11000 9 - 1749

HN13000 375 1.00 9200 16400 1 -HN15000 375 1.00 12000 18000 1 - 2862HN21000 637 1.19 17000 24500 2 - 3896

JN7500 637 1.187 6500 9000 1 -JN10000 637 1.187 8250 14500 1 - 2306JN16000 637 1.187 12800 19500 2 - 3101JN21000 637 1.187 16000 25000 2 - 3975

862 Series O.D. 8.62 M520 637 1.187 12000 24000 1 -M675 637 1.187 19000 32500 3 - 5168

950 Series O.D. 9.50 N1050 1000 1.50 24000 43000 3 - 68371000 Series O.D. 10.00 N1500 1000 1.50 35000 59000 5 - 93811125 Series O.D. 11.25 P2000 1125 1.68 53600 95800 8 - 15233

Con respecto a la forma en que se maneja el empuje generado en la bomba, tenemos tres tiposbsicos de construccin de bombas REDA:

1.- Construccin flotante FL. Cada impulsor tiene libertad para moverse hacia arriba oabajo en el eje, se puede decir queflotaen el eje.


5/83

5


2.- Tipo "BFL" Construccin con los impulsores inferiores tipo flotante. Los impulsoressuperiores son del tipo compresin mientras los inferiores son del tipo flotante. Este es un

diseo especial para eliminar todo el empuje descendente transmitido al protector.

3.- Construccin tipo compresin.Cada impulsor est fijo al eje de forma rgida de modoque no puede moverse sin movimiento del eje. Todos los impulsores son comprimidos en

conjunto conformando un solo cuerpo rgido, de tal que si un impulsor trata de moversehacia arriba o hacia abajo, este tratar de mover tambin al eje y al conjunto de todos los

impulsores con l.

AllThrustCarried

here

Protector

ThrustBearing

MotorThrustBearing

AllThrustCarried

here

ZeroThrusthere

ImpellerThrust

Only thrustdue to theboostpressure onthe topshaft area,here

Pump

Protector

Motor

Compression BFL Floater

FIG 1.1Tipos de construccin de acuerdo al empuje

Cuando se acoplan los equipos durante la instalacin cada impulsor estar asentado sobre sudifusor inferior debido a la gravedad. Existe cierto espacio libre o juego entre el extremo

inferior del eje y el divisor interno del coupling por lo que el eje puede deslizare hacia abajo

permitiendo que los impulsores giren asentados directamente sobre las arandelas de empuje

inferior (downthrust washers), si estn presentes, como se muestra en la Figura 1.2.


6/83

6


Figure1.2

Posicin del impulsor asentado sobre eldifusor

Cuando se instalan bombas de tipo compresin es necesario realizar un proceso de calibracin

de la posicin del eje conocido como Procedimiento de Espaciamiento de campo Field

Spacing Procedure, mediante el cual se instalan lainas o lminas metlicas (shims) en los

couplings entre bomba - bomba y bomba - intake usando herramientas especiales

(herramienta H).

Dependiendo del tipo de etapa de la bomba que s este instalando y de su ubicacin en el

conjunto (upper, center or lower tandem) para garantizar que en todos los casos el empuje sea

transmitido al cojinete de carga del protector en algunos casos re requiere levantarel eje y

por lo tanto los impulsores para evitar que estos se apoyen sobre los difusores inferiores; en

otros se necesita levantarel eje solamente la cantidad necesaria para que los impulsores

topen las arandelas de empuje inferior; pero en otros ser necesario dejar un juego o

permitir cierto deslizamiento del eje hacia abajo.

Cuando se instalan bombas serie 675 y ms grandes, las cuales no tienen arandelas de empuje

inferior, el eje es levantado de tal forma que los impulsores tambin se levantan y se despegan

de los difusores inferiores. Para asegurar que el empuje sea transmitido al thrust bearing delprotector se recomienda levantar 1/32 las bombas serie 675 y 1/16 las bombas ms

grandes, de acuerdo al procedimiento.


7/83

7


El impulsor es levantadodel difusor.

Lainas colocadas

en el couplingpara levantar el eje

Figure1.3

Espaciamiento de ejes de bombas Serie 675 ymayores.

Las bombas de la Serie 562 y ms pequeas si tienen arandelas de empuje inferior. Cuando se

hace el Espaciamiento de campo en estas bombas, no se requiere levantar el eje, se colocan

solamente la cantidad de lainas necesarias para asegurar que los extremos de los ejes estn a

Tope.

Cuando se instalan bombas tipo ARZ CR con arandelas de empuje de rulon, se debe dejar

una holgura de1/64entre el eje de la bomba inferior y el divisor del coupling de tal forma

que el eje de la bomba caiga entre1/64 y 1/32.Los ejes de todas las bombas superiores se

acoplan atopecon la bomba inferior.

La holgura o levantamiento requerido para cada tipo de bomba ser vara entre1/16y1/64

y debe ser definido para el tipo especifico de la bomba de acuerdo al Field Service Bulletin

de REDA.


8/83

8


Acoplar lo ejes a tope

Los impulsores solamentetopan las thrust washers.

Figure1.4

Espaciamiento de algunas bombas de la Serie 562 y mspequeas.

1.1.1. Aplicacin de las bombas

Para aplicaciones en pozos con fluidos muy abrasivos o corrosivos REDA dispone de

sistemas especiales que incluyen metalurgia y revestimientos especiales (spray coatings) queproveen resistencia adicional en este tipo de ambientes.

Para la produccin de pozos con fluidos que contienen mayores cantidades de abrasivos la

lnea de bombas e intakes resistentes a la abrasinARZincrementan considerablemente el

tiempo de servicio. El sistema resistente a la abrasin incluye bocines de materiales duros en

la base, cabeza y distribuidos uniformemente entre las etapas de la bomba para brindar mayor

soporte radial al eje. El diseo patentado de los cojinetes ARZ utiliza cojinetes y bocines de

circonio e incorpora tambin arandelas de empuje de mayor espesor. Las bombas y

manejadores de gas tipo ARZ tambin estn disponibles en construccin flotante y tipo

compresin.

El sistema de cojinetes ARZ reduce considerablemente las cargas de impacto y la posibilidadde daos en los cojinetes mediante el uso de dos o-rings entre el dimetro externo de los

cojinetes cermicos y el dimetro interno del soporte del cojinete. Una vez ensamblado el

conjunto los o-rings evitan el contacto directo entre el cojinete y su soporte y tambin

restringen el giro del cojinete.

Otra ventaja del sistema ARZ sobre los cojinetes rgidos normales es que por su relativa

flexibilidad absorbe cierta cantidad de desalineamiento ya que puede girar sobre los o-rings.


9/83

9


Los bearing se alinean con el eje adoptando la mejor posicin para la operacin.

Adicionalmente los o-rings sirven como amortiguadores de las cargas de impacto causadas

por vibraciones cuando las etapas de la bomba se han gastado por erosin o corrosin.

Bocnde

Zirconio

Cojinetede

Zirconio

Anillo - seguro

Cojinete flexible de

zirconio

Bocin de Zirc.

SpacerO-ring

FIG1.5

Sistema de cojinetes ARZ de Reda

El nmero de cojinetes de circonio contenidos que contiene una bomba depende del tipo de

etapa y de la longitud del housing, pero en general estn uniformemente distribuidos en la

longitud de la bomba de tal forma que se tiene un cojinete de circonio aproximadamente cada

diez pulgadas.


10/83

10


Los cojinetes ARZ estan ubicados

entre las etapas de la bomba

La distancia entre los bearings

vara con el tipo de etapa, pero

normalmente esta en el rango de

de 25 cm.

FIG1.6

Distribucin de los cojinetes ARZ en la bombaUna configuracin alternativa para extender el tiempo de servicio de las bombas en ambientes

con cantidades menores de abrasivos es el tipo "ES" (Estabilizacin Mejorada). El diseo usa

el mismo sistema de cojinetes ARZ pero solamente en la cabeza y base be la bomba, no usa

cojinetes ARZ intermedios entre las etapas. Tambin la bombas tipo ES se construyen en tipo

flotante o compresin.

Cojinetede

Zirconio

FIG1.7

Cojinetes ARZ de base ycabeza

A continuacin se dan algunas recomendaciones prcticas que podran resultar tiles al

momento de seleccionar la bomba:

En general, es mejor seleccionar la bomba de mayor dimetro.

En general, se debe escoger la bomba de mayor dimetro que pueda ser instalada

libremente en el casing para manejar el caudal de diseo previsto. En general las bombasde mayor dimetro sern ms eficientes y menos costosas. Adicionalmente las etapas ms

grandes podran tener mejor comportamiento con fluidos viscosos o con alto contenido de

gas.


11/83

11


Seleccione la bomba ms eficiente al caudal de operacin de diseo

Una vez que ha definido el tamao o Serie de la bomba se debe considerar la eficiencia de

la bomba al caudal de diseo esperado y a las condiciones de operacin proyectadas. Se

debe evitar en lo posible seleccionar las bombas para operacin fuera del rango operativo

recomendado. Cuando la bomba opera en up-thrust pierde eficiencia y el fluido recircula

por el faldn inferior del impulsor. Si el fluido contiene abrasivos se produce la erosin delas arandelas y eventualmente del mismo material de las etapas.

Verificar la capacidad de carga del cojinete de empuje del protector

A parte de las limitaciones fsicas de la bomba misma, cuando se seleccionan bombas tipo

compresin es necesario verificar que el empuje generado no excede la capacidad de carga

del cojinete de empuje del protector, tanto a las condiciones de operacin como en el caso

de mxima carga.

Fluidos abrasivos.

Las bombas tipoFLson muy efectivas para manejar fluidos moderadamente abrasivos

ya que debido al sello que ejercen las downthrust washer se evita que el fluido pase a los

cojinetes radiales. Una mejor combinacin sera el uso de bombas ARZ o con

estabilizacin mejoradaES, dependiendo de las condiciones del fluido.

Si la aplicacin es para bombear fluidos severamente abrasivos, las bombas tipo

Compression ARZ - CR seran una mejor opcin ya que el empuje es manejado en el

thrust bearing del protector, el cual esta lubricado con aceite limpio, mientras que en las

bombas tipoFLlas thrust washer son lubricadas por el mismo fluido bombeado.

Productividad del pozo incierta

En aplicaciones donde el Indice de Productividad del pozo es desconocido, es un valor

asumido o es un datono muy seguro, la aplicacin de la bombas tipoCompressiones

muy ventajosa. Puesto que en este tipo de bomba el empuje es manejado en el protector, si

el thrust bearing del protector es seleccionado apropiadamente, el rango de operacin de la

bomba es mucho ms extenso. En las primeras instalaciones de campos en desarrollo

donde se prev la produccin de fluidos con cantidades considerables de abrasivos y/o

cuando la productividad del pozo no esta muy bien determinada, una bomba tipo ARZ -

CR tipo compresin sera la mejor opcin.

La construccin de las bombas tipo compresin tiene tolerancias ms estrechas, y su

instalacin en el campo requiere procedimientos y tcnicas adicionales que deben ser

realizadas por personal entrenado. La instalacin de las bombas tipoFLtambin debeser hecha por tcnicos calificados, pero el procedimiento es ms sencillo porque no se

requiereshimming.

Gas libre a la entrada de la bomba

En aplicaciones en que la bomba debe manejar gas libre se debera usar en lo posible

bombas con etapas de flujo mixto, y como el gas libre ocupara un volumen considerable

en la etapa, las etapas ms grandes son mejores para mantener la eficiencia volumtrica.


12/83

12


Aplicaciones especiales

Para aplicaciones especiales relacionadas con condiciones extremas de abrasin,

corrosin, fluidos con muy baja lubricidad, etc. se dispone de bombas especiales

fabricadas con materiales y/o recubrimientos especiales para incrementar el tiempo deservicio. Consulte el Departamento de Ingeniera de Aplicaciones y Proyectos Especiales.

2.2 La seccin de entrada o intake

La mayora de los diseos de la BES se hacen con la finalidad de producir la mxima cantidad

posible de petrleo sin comprometer el rendimiento del equipo. Una de las razones que

degradan el rendimiento del sistema es la cantidad de gas libre a la entrada de la bomba.

Dependiendo de la cantidad de gas esperada en la seccin de entrada a las condiciones de

diseo se determina el uso de una seccin de entrada simple -Intake- (Fig. 1.8) o un

Separadores de Gas (Fig. 1.9).

A pesar de que todava estn disponibles intakes con cojinetes metlicos estndar, la

recomendacin de Ingeniera de Reda es usar solamente intakes tipo ARZ los cuales tienen

cojinetes resistentes a la abrasin. Los separadores de gas de tipo *RS, *RS-ES y vortex

tienen cojinetes resistentes a la abrasin ARZ en su construccin estndar.

Debido a la eficiencia y resistencia del sistema de cojinetes resistentes a la abrasin tipo ARZ

el rendimiento y tiempo de servicio del Sistema BES se mejora sustancialmente. El beneficio

puede entenderse fcilmente si se considera que el intake esta ubicado inmediatamente por

encima del protector en el ensamble del equipo. Las vibraciones generadas en un intake

operando con los bocines gastados afectan directamente a los sellos mecnicos del protector.

Fig.1.8

ARZIntake


13/83

13


1.2.1 Aplicacin de los Intakes y Separadores de Gas

Los separadores de gas son tambin secciones de entrada pero tienen algunos componentes

adicionales diseados para evitar el paso de gas libre hacia la bomba. La tecnologa de

separacin y manejo de gas libre en las aplicaciones de BES ha ido evolucionando y

perfeccionando continuamente.

El diseo original de los separadores de gas estticos se basaba en el incremento de la

separacin por medio de la inversin de la direccin del flujo en la seccin de entrada a la

BES. Por esto se los conoce como separadores de gas de flujo inverso (RF, Reverse Flow).

Puesto que estos separadores no entregan efectivamente ningn trabajo al fluido tambin se

los conoce como Separadores Estticos. Un separador tipo RF se muestra en la Figura 1.9. (a).

(a) Esttico (b) Dinmico KGS, GRS, GRS-ES (c)Dinmico Vortex

Fig.1.9

REDA GasSeparators

Cuando el fluido entra al separador de gas la direccin del flujo se invierte, disminuyendo la

cantidad de gas arrastrada por el lquido que entra al separador. Algunas de las burbujas de

gas siguen su camino por el espacio anular, otras entran al separador pero se separan en el

espacio anular entre el housing y la camisa interna del separador de gas, y finalmente el gas

que no se logra separar pasa con el lquido al interior de la bomba (Fig. 1.10).


14/83

14


Fig.1.10

Reverse flow GasSeparators

A diferencia de los separadores estticos, los separadores de gas Dinmicos oRotativossiejercen un trabajo en el fluido para lograr mayor separacin de gas dentro del separador. Para

entender el proceso de separacin en un separador dinmico, se puede dividir el separador en

tres secciones: Cmara de incremento de presin, Cmara de separacin, donde y By-pass. En

la primera seccin el inductor aumenta la presin de la mezcla. En la cmara de separacin las

fases se separan por medio de centrifugacin. Puesto que la fase lquida es ms pesada, sta es

expulsada hacia afuera (contra la pared interna del housing) y la fase gaseosa se concentra enel centro por ser ms liviana. En la parte superior del separador se produce los fluidos son

redireccionados, el gas que vena por la parte central es direccionado al espacio anular y la

fase lquida desde el exterior es dirigida hacia la bomba por la parte interior del by-pass.

La desventaja de los separadores dinmicos KGS y *RS es que el subconjunto del inductor y

centrfuga (la cmara de presin y la de separacin) representan una longitud considerable

entre cojinetes y una masa tambin considerable que puede ser desbalanceada por algunos

factores como el hecho de que el inductor y la centrfuga manejan un fluido heterogneo de

gravedad especfica variable, que pueden ser erosionados en forma irregular por la presencia

de abrasivos, o por un efecto combinado.

Para minimizar este efecto Reda desarrollo la lnea de separadores de gas tipo *RS-ES quereduce considerablemente la masa del elemento rotativo y tambin disminuye la distancia

entre cojinetes pero manteniendo la misma eficiencia de separacin.

La ltima tecnologa de los separadores dinmicos de gas es la lnea de separadores tipo

VORTEX. Este separador utiliza el efecto de remolino (vortex) que se genera en el fluido al

pasar por los puertos de entrada, inductor, propulsor y By-pass de descarga. El separador

vortex tambin utiliza el sistema de cojinetes flexibles resistentes a la abrasin ARZ bajo un

nuevo esquema de distribucin que ha permitido obtener mucho mejor rendimiento y

durabilidad en fluidos severamente abrasivos.

La eficiencia de separacin no es un nmero fcil de predecir debido a la cantidad de

variables que intervienen como tamao del casing, caractersticas del fluido, velocidades,

caudal, tipo de flujo, dimensiones de los equipos, velocidad de rotacin, etc. Algunos valores

promedio comnmente usados para eficiencia de separacin son:


15/83

15


Tipo deSeparador

Eficiencia deseparacin

Porcentaje degas que pasa ala bomba

Intake estndarFlujo Inverso

Rotativo

0 - 20%25 - 50%

80 - 95%

80 - 100%50 - 75%

5 - 20%

En experimentos realizados en la Universidad de Tulsa se demostr que los separadores de

gas tienen dos zonas extremas de operacin dependiendo del caudal y de la presin. Una zona

en la cual los separadores rotativos son muy eficientes y otra zona en la cual son totalmente

ineficientes. La transicin entre las dos zonas es repentina se produce en forma brusca al

llegar a cierto volumen de fluido. El uso de programas de computacin ayudan a estimar el

punto de transicin.

Los rangos de flujo en los cuales son efectivos los separadores de gas son:

TIPO CAUDALMAXIMO

(EFECTIVO)

CAUDALMAXIMO

(PERMISIBLE)

A. CAUDAL

MINIMO

338 SeriesARS (338 Series)

400 Series65GSRFDRS, DRS-ES

513 / 538 Series74GSRFGRS, GRS-ES

VGSA S20-90

2440 BPD

1750 BPD

2500 BPD

4000 BPD

3600 BPD

4800 BPD

7000 BPD

9000 BPD

4300 BPD

6000 BPD

9000 BPD

12000 BPD

250 BPD

NA

NA

500 BPD

NA

NA

1000 BPD

NA

Cuando se selecciona un separador de gas tipo rotativo se deben tomar en cuenta las

siguientes recomendaciones prcticas:

En aplicaciones con cantidades moderadas de gas en las cuales un separador de flujo

inverso le permite operar el pozo sin problemas es preferible usar este tipo de separadoresttico. - Si se pueden conseguir los resultados esperados con un separador esttico, ste

es preferible- . M ien tra s m s sencillo el si stem a de B .E .S ., m ejor

Puesto que los separadores rotativos entregan energa al fluido es necesario considerar la

potencia requerida por el separador en los HP totales requeridos del motor para la

aplicacin.


16/83

16


Separador rotativo Potencia requerida @ 60 Hz

Serie 338, ARS : 1.75 HP

Serie 400, DRS 1.25 HP

Serie 540, GRS 7.00 HP

Serie 538, VGS S20-90 < 5.0 HP.

Durante la seleccin del Separador de Gas se debe tomar en cuenta el volumen total queva a manejar el separador y verificar que este dentro del rango de operacin recomendado

en el cual el separador es eficiente.

La desventaja del uso de los separadores de gas rotativos KGS y *RS es que en algunas

aplicaciones se tiene un acelerado desgaste de los cojinetes. Los nuevos separadores de

gas *RS-ES tienen menor longitud y sin embargo tienen esencialmente la misma

eficiencia que el diseo anterior. Se ha acortado el sistema inductor y la longitud entre

soportes (cojinetes), por lo que, al tener menos inercia se reduce la tendencia a la

generacin de desbalance, vibraciones y fallas.

A pesar de tener bocines de circonio y deflector de arena (sand shedder), el separador de

gas *RS-ES no est diseado especficamente para operar en ambientes con abrasinsevera. (El gas no es buen lubricante).

En instalaciones en pozos con casing de 7.00 pulgadas o mayor dimetro es recomendable

reemplazar el uso de separadores tipo KGS, GRS y GRS-ES de diseos anteriores con el

nuevo separador de gas vortex VGSA-90. La mejor eficiencia y rendimiento del nuevo

diseo del separador dinmico vortex han sido verificados en las pruebas de laboratorio y

en el campo.

1.3 El Motor de la B.E.S.

Los principios bsicos de diseo y operacin de los motores de las B.E.S. son los mismos que

los motores elctricos normales de superficie. Son motores de induccin, trifsicos, tipo jaula

de ardilla, con dos polos de induccin.

Puesto que el motor de la BES debe ser instalado en el interior del casing, debe tener una

geometra adecuada. Debido al ambiente en el cual opera el motor tambin existen otras

diferencias en el diseo y construccin del motor de la B.E.S. Los motores son llenados

completamente con un aceite mineral altamente refinado o con aceite sinttico el cual lubrica

los cojinetes y provee resistencia dielctrica y conductividad trmica para disipar el calorgenerado hacia el housing del motor. El calor es luego transferido al fluido que pasa por la

superficie externa del motor. El thrust bearing del motor soporta la carga de los rotores y eje.

El motor puede ser utilizado con corriente alterna de 60 Hz 50 Hz. Fsicamente no hay

diferencia entre un motor para operacin a 50 Hz y uno de 60 Hz, con excepcin de la placa

de datos del motor.


17/83

17


Los motores REDA estn disponibles en cinco series diferentes: 375, 456, 540, 562 y 738

para aplicaciones en pozos con casing de dimetro externo de 4.50", 5.50", 6.625", 7.00",

8.625y mayores, respectivamente.

El comportamiento de los motores cambia de acuerdo a la carga a que estn sometidos. Cada

tipo de motor tiene sus curvas de rendimiento de velocidad, factor de potencia, eficiencia y

amperaje en funcin del porcentaje de carga.

Cavidad del

Enchufe

Cojinete

Empuje

Vlvula

Llenado

Cojinete

Rotor

Cojinete

del Rotor

Eje

Hueco

Laminaciones

Laminaciones

Devanado

del Motor

Cojinete

Vlvula de

Llenado

Aciete

Rosca 2 3/8" EUE

Tipo Caja

Guas para Conectaren Serie con Otro

FIG.1.11

Corte de un motor deB.E.S.

1.3.1 Aplicacin de los motores REDA

Reda dispone de diferentes tipos de motores para cubrir la demanda en diferentes tipos de

aplicaciones y condiciones de operacin. El rango de potencia de los motores cubre

aplicaciones desde 7.5 HP hasta 1,170 HP en casing de 7 pulgadas.

Cuando se calcula la potencia requerida del motor para la aplicacin hay algunas

consideraciones operativas que se deben tomar en cuenta, tales como si el sistema operar con

switchboard a frecuencia fija 50 60 Hz o a frecuencia variable y si el programa de work

over incluye el control (matado) del pozo con fluido de alta gravedad especfica. Si el diseodel equipo se hace solamente considerando la potencia requerida para manejar el fluido de

produccin, que en muchos casos puede tener una gravedad especfica mucho menor que el

fluido de control, la potencia calculada para el motor puede ser mucho menor a la potencia

requerida para descargar el fluido de control. Si se tiene previsto operar el equipo con un

switchboard sera necesario sobredimensionar el motor.


18/83

18


738 7.38 SX 200 - 340 400 - 750 750 3

Despus de que en el diseo, considerando todas las condiciones de Operacin, se ha

determinado la potencia requerida por la BES incluyendo la(s) bomba(s), separador de gas,

AGH, protector(s), etc. se debe seleccionar el motor que se instalar en el pozo.

Como se puede ver en la seccin de motores del catlogo de productos de REDA, existen

varios motores que cumplen o exceden la potencia requerida y por tanto podran servir para la

aplicacin. El objetivo es seleccionar el motor apropiado.

El Rango de los MotoresREDAa 60 Hz

Ser. Dimetro Tipo Rango(HP)Seccin Simple

Rango (HP)TANDEM

Mx (HP)TANDEM

Mx, Secc.TANDEM

375 3.75" SK 7.5 - 25.5 30 - 127 127 5SX 7.5 - 25.5 30 - 127 127 5

456 4.56" SK 12.5 - 150 175 - 300 300 2

SX 12.5 - 150 175 - 300 300 2MK 10 - 120 140 - 240 240 2

MX 10 - 120 140 - 240 240 2

PK 10 - 120 140 - 240 240 2

PX 10 - 120 140 - 240 240 2

540 5.40 SK 25 - 250 300 - 750 750 3SX 25 - 250 300 - 750 70 3

MK 20 - 200 240 - 600 600 3

MX 20 - 225 240 - 600 600 3

PK 20 - 200 240 - 600 600 3

PX 20 - 225 240 - 600 600 3

562 5.62 Dominator 30 - 450 300 - 750 750 3

NOTAS:

La potencia de los motores esta dada en HP, basadas en operacin a 60 Hz y en motores refrigerados por

agua con velocidad de flujo mnima de 1ft/seg. Velocidades menores de flujo y caractersticas del fluido

pueden disminuir la potencia efectiva del motor.

Aunque en algunas ocasiones los equipos deben ser instalados de inmediato y por tanto el

proceso de seleccin del motor se limita a verificar si en la bodega existe disponible un motor

de la potencia requerida, este no el caso general.

Los factores que se consideran en el proceso de seleccin del motor incluyen:

Serie del motor,

Tipo de motor,

Configuracin del motor, voltaje, amperaje, seccin simple o tandem y caractersticas

especiales de operacin.

Caractersticas de operacin a las condiciones de diseo y mxima temperatura de

operacin del motor.

Serie del motor:


19/83

19


X

En general, al igual que con las bombas, el principio bsico es seleccionar el motor de

mayor dimetro que pueda ser instalado libremente dentro del casing.

Los motores de mayor dimetro normalmente son menos costosos.

Mientras mayor es el dimetro del motor, mayor es la potencia que puede entregar por

unidad de longitud.

Los motores de mayor dimetro pueden entregar ms potencia sin la necesidad de utilizar

motores en "tndem".Mientras ms simple el Sistema, mejor .

Tipo de motor

Junto con el desarrollo e introduccin de nuevos tipos de motores, REDA ha cambiado la

designacin clsica de sus motores y se ha introducido una nueva nomenclatura que provee

importante informacin para la aplicacin del motor.

El tipo de motor se designa con dos letras:

La primera letra es un cdigo que da informacin acerca delRating del motor:

S = Standard 250F BHT - Potencia fija

P = High Performance 250F BHT. Potencia fija, rating conservativo

M = Intermediate 300F BHT. Potencia fija, rating conservativo

R = Optimum 400F Temperatura Interna del motor.

Potencia variable, rating ptimo

H = Hotline 500F Temperatura Interna del motor.Potencia fija.

REDAMotorBotomholeTemperatureLimits

20F25F250F275F30F

375SK,SX

456/540SK,SX,PK,P

456/540MK,MX

562Dominator

738E

NOTAS:


20/83

20


Los motores de serie 375 y 738 normalmente no estn disponibles en versin intermedia.

La serie 540 Estndar, 562 Dominator y 738 Estndar son todos "cold well modified" para usar en

pozos de agua de 50F.

La temperatura de fondo BHT debe usarse solamente como una primera referencia para la seleccin del

motor. En algunas aplicaciones en pozos relativamente fros la temperatura interna del motor puede ser

muy alta debido a que esta sometido a alta carga y/o bajo caudal. Cuando el fluido se mueve a

velocidades muy bajas se remueve muy poco o ningn calor de la carcaza del motor.

Use siempre la temperatura interna del motor calculada para las condiciones de operacin para verificarsi el motor es apropiado para la aplicacin. Programas de computacin como Heatrise o SubPUMP se

usan para modelar las condiciones de operacin y estimar la temperatura interna del motor.

La segunda letra es un cdigo que provee informacin referente a las caractersticas

internas del tipo de aislamiento,

K = Devanado convencional y barniz.

X = Nuevo material de devanado patentado, no usa barniz.

Las nuevas denominaciones correspondientes a los tiposanteriores de motores REDA

son:Anterior B. Actual

90-O SK

90-O Int. MK

91 PK

92 RK

HOTLINE HX

Configuracin del motor, voltaje, amperaje y caractersticas especiales del motor.

Despus de seleccionar la serie y tipo de motor, de acuerdo a la potencia requerida ya se

puede determinar si ser necesario un solo motor o un tndem de motores.

Ahora debemos seleccionar el voltaje del motor. En principio podra parecer confuso ver

que para el mismo tipo de motor se tienen varios motores de la misma potencia pero de

diferente voltaje y amperaje.


21/83

21


Ratings Carbon Steel Redalloy

L Wt MK MKVolt Amps Type (Ft) (Lb.) Part Number Part Number

10898461090216

10898531090224

108986110902321090372

10898791090240

108988710902571090380

10898951090265

109039810899031090273

10909431091313

10909501091321

109096810913391091479

10909761091347

109098410913541091487

10909921091362

109149510910081091370

60HZ 50HZ

HP

100 83 1305 1088 51.5 S 15.7UT 15.8

S 15.7

UT 15.8

S 18.5UT 18.5CT 18.8

S 18.5

UT 18.5

S 21.2UT 21.2CT 21.5

S 21.2UT 21.2

CT 21.5S 21.2

UT 21.2

1007

2313 1928 27 1007

120 100 1105 921 69.5 1194

2270 1892 32.5 1194

140 117 1022 852 85 1380

1299 1083 69.5 1380

2101 1751 40.5 1380

Al ser los motores de la misma potencia, el producto de los Voltios y los Amperios debe ser

esencialmente constante. Por ejemplo, para un HP determinado, si tenemos un motor de 1000

V y 50 Amps, un motor de 2000 V debe ser de 25 Amps y uno de 500 V debe ser de 100

Amps.

En otras palabras, los KVA son constantes. Los motores de alto voltaje no son ni ms ni

menos eficientes que los de bajo voltaje.

La razn por la cual se tienen varios voltajes en motores de la misma potencia est en elbalanceo de prdidas en el cable de potencia. Bajo voltaje implica alto amperaje resultando

en una mayor cada de voltaje en el cable de potencia. Aunque la eficiencia del motor no

cambia, la eficiencia global del sistema disminuir con mayor amperaje.

Si el amperaje es demasiado alto, es posible que el motor no arranque debido a la cada de

voltaje transitoria que ocurre al arrancar. Si el motor no recibe en los terminales ms del 50%

del voltaje nominal, es posible que no arranque.

Esto explica porqu existen varios voltajes, pero Por qu tantos voltajes extraos?

Los motores normales de superficie, generadores, transformadores, arrancadores, etc. vienen

en voltajes estandarizados tales como 460V, 4160V, 2300V, etc. y 60 Hz. Por qu los

motores de las BES tienen voltajes diferentes a los estndar?

Otra vez, la respuesta es la cada de voltaje en el cable de potencia. Los motores BES estn

conectados a cables de longitud mucho mayor que los motores de superficie. Si los motores

de B.E.S. tuvieran los mismos voltajes que los motores estndar de superficie tendramos una

gran limitacin en los equipos de superficie (arrancadores, transformadores, etc.).

Los arrancadores vienen en ciertos rangos como: 600V, 1000V, 1500V, 2400V, etc. . El

voltaje del motor a usarse se selecciona asumiendo una longitud de cable tal que el voltaje


22/83

22


total (motor mas prdidas en el cable) sea ligeramente menor que uno de los niveles de voltaje

de superficie estndar.

Los motores de alto voltaje requieren cables de calibre ms pequeo y los motores de muy

bajos HP no podran ser excitados con voltajes altos debido a que el devanado sera muy

pequeo para aceptarlo.

En sntesis, en general es preferible seleccionar el motor de mayor voltaje, siempre y cuando

sea posible, considerando las prdidas en el cable y los equipos de superficie.

Cuando se requiere ms potencia de la que se puede conseguir con una sola seccin de motorse acoplan en tndem dos o ms motores. Es preferible usar dos motores del mismo voltaje,

amperaje y HP, es decir, si la potencia requerida es 300 HP, la combinacin preferible sera

dos motores de 150 HP en lugar de combinar un motor de 200 HP con uno de 100 HP. Es

posible realizar combinaciones de este tipo, pero el calibre de devanado de cada uno de ellos

debe ser el mismo, para hacerlo se debe consultar con Ingeniera en REDA.

En pocas palabras, con dos motores en tndem tenemos el doble de la potencia y el doble delvoltaje de cada uno, pero el amperaje se mantiene.Con tres motores, se tiene triple cantidad

de HP y voltaje pero el amperaje tampoco cambiar.

Por ejemplo, al acoplar un motor de 140 HP, 1299V, 69.5A UT con un motor de 140 HP,

1299V, 69.5 CT se tendrn 280 HP, 2598V, 69.5A.

A parte de esto, hay otros factores que afectan la vida del motor como transientes elctricos,

seleccin apropiada del protector, vibraciones del sistema, etc.

Caractersticas de operacin a las condiciones de diseo y temperatura de operacindel motor.

Con la ayuda de programas de computacin como por ejemplo SubPUMP se pueden

modelar las condiciones de operacin del sistema y determinar los parmetros de

operacin del motor como porcentaje de carga, velocidad, eficiencia, amperaje, y

especialmente uno de los factores mas crticos en la operacin del motor de B.E.S., la

temperatura de operacin del motorpara las condiciones especficas de operacin. Sise utiliza una camisa de fluido, esta tambin es incluida en el modelo.

Al igual que en la seleccin de las bombas, se debe considerar las condiciones de

operacin esperadas, corrosin, escala, tratamientos con cido y de acuerdo a estas definir

la metalurgia requerida, revestimiento del motor, materiales de los o-rings.

Los motores Dominator de la serie 562 son motores de potencia variable e incluyen unnuevo diseo de rotor y estator. Estos motores tienen un amplio rango de operacin quepermite al usuario decidir cunto cargar al motor. Independientemente del porcentaje decarga sobre el motor los cambios en el rendimiento del motor sern muy pequeos.

Al operar el motor con cargas ligeras el calor generado ser muy bajo lo cual al final se

refleja en mayor vida til. La operacin con cargas muy altas sacrifica cierta vida til pero

puede ser ms econmico para el usuario final dependiendo del objetivo principal de la


23/83

23


operacin. Al operar el motor con cargas intermedias se tiene un equilibrio. Esto permite

que el ingeniero de aplicaciones determinar el rango ptimo para el motor 562 para

cualquier aplicacin basada en un anlisis caso por caso.

1.3.2 El ratingdel motor de B.E.S.

Como se puede ver en las curvas de rendimiento de los motores, el rendimiento del motor

cambia a medida que cambia el porcentaje de carga aplicado con respecto a plena carga.

Si miramos en el catlogo de REDA, encontramos varias pginas de motores divididos de

acuerdo a su potencia y subdivididos en los diferentes rangos de voltajes y amperajes.


24/83

24


REDA

60 Hz Motor Performance Curves540 Series MK & MX Type

3600

FIG. 1.12

Speed

RPM

3550

3500

3450

Percent

Efficiency

3400

90

80

70

60

50

40

30

20

10

90

80

70Percent

60Power

Factor 50

40

30

100

80

Percent

Nameplate 60

Power40

and

Amperage 20

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Percent ofNameplate Load

En esta industria los sistemas para determinar el rating o potencia nominal de los motores se

basan en un proceso en el cual se asumen varias condiciones normales para las aplicaciones

de las B.E.S. entre las cuales estn la temperatura de fondo y la velocidad del fluido que pasa

por el exterior del motor.

En las aplicaciones en las que no se dispone de informacin suficiente, el rating del motor se

debe seleccionar asumiendo las condiciones ms severas para darse un margen de seguridad.


25/83

25


En realidad, el motor normalmente no entregar la potencia indicada en la placa, ya sea

porque la potencia requerida por la bomba no es exactamente igual a la potencia de placa del

motor o porque las condiciones en la superficie no permiten suministrar exactamente el

voltaje nominal al motor.

El motor entregar exactamente la potencia requerida por la bomba -- ni ms ni menos.

Ahora, qu pasa con el motor si la carga a la que esta sometido no es exactamente igual a la

potencia de placa?

Puede no pasar nada o puede pasar mucho, dependiendo de que tan lejos de la potencia de

placa est operando el motor.

La mayora de los motores estn diseados para tener su "mxima eficiencia" con una

velocidad y factor de potencia aceptables en el "punto de diseo". Este es punto al cual

tpicamente se determina el rating del motor.

Cuando el motor esta sometido a una carga diferente a la potencia de placa se afectar la

eficiencia y/o la velocidad del motor. Mientras no se excedan las capacidades fsicas delmotor no habr problema. De hecho, es una prctica comn en la industria en algunos casos

sobrecargar un motor o decir que estos tienen un 10% de potencia adicional disponible si

opera en pozos a temperaturas relativamente bajas.

En la prctica, no se utiliza un rating convencional como valor fijo. En ciertas ocasiones, es

necesario subcargar al motor si el pozo es muy caliente (DE-RATING). En otras, si la

temperatura del pozo es muy baja, podemos utilizar ms potencia que la establecida en la

placa (RE-RATING).

Qu pasa cuando sometemos al motor a una carga mayor a la nominal?

Por una parte, para generar los HP adicionales el motor girar ms lento. (Esta reduccin en la

velocidad se llama deslizamiento, el cual aumenta para generar ms potencia)

Por otra parte, generar ms calor interno y operar ms caliente. Debido a que el motor no es

100% eficiente, una parte de esta potencia se pierde como calor.

3600

Spe

3550

RPM3500

3450

3400102030405060708090100

PercentofNameplateLoadFigure1.13

Curva de Velocidad del Motor Serie 540 Tipo MK &MX


26/83

26


Por ejemplo, si un motor de 100 HP tiene una eficiencia de 87% y est cargado exactamente a

100 HP, la energa entregada al motor sera:

HPENTRADAHP 100

= SALIDA

= = 115HPEficiencia 0.87

Entonces el fluido del pozo deber remover 15 HP (115 -100) de energa en forma de calor,

para enfriar al motor.

Si el mismo motor fuese cargado a 125 HP (asumiendo que la eficiencia no cambia), la

energa entregada al motor sera:

HPENTRADAHP 125

= SALIDA

= = 144HPEficiencia 0.87

Entonces el fluido del pozo necesitar remover 19 HP (144 -125) de energa en forma de

calor para enfriar el motor.

Debido a que el rea superficial del motor no puede cambiar, es necesario que el motor opere

ms caliente para eliminar la energa adicional en forma de calor.

En una aplicacin tpica, el voltaje es fijo en la superficie y el amperaje de operacin cambia

de acuerdo a los cambios de carga. De hecho, nosotros usamos la informacin de la carta de

amperaje para ver qu est pasando con el motor en el fondo. Podemos predecir esta relacin

fcilmente con la ecuacin para calcular los HP del motor:

HPMOTOR =Volts * Amps *1.732 *Eff.*P.F.

746

Note que, asumiendo que todo lo dems se mantiene fijo en la ecuacin, si la potencia

aumenta, el amperaje aumenta y este incremento debera ser directamente proporcional. En

realidad, esta relacin no es lineal debido a que el factor de potencia y la eficiencia no son

constantes pero la tendencia es similar.

Un problema con incrementar demasiado el amperaje del motor es que a mayor amperaje se

tienen mayores prdidas en el devanado de cobre del motor, lo que no es bueno para la

eficiencia.

La tendencia a controlar es pensar que "Incrementando el voltaje de acuerdo al incremento decarga podemos tener el amperaje bajo control". Pero hay un lmite prctico para la cantidad de

amperaje que puede pasar por el motor.

Es decir, se llegar al lmite de carga donde se encuentra el amperaje mximo y debemos

permanecer debajo de este punto.


27/83

27


(a)ModerateLoad(b)HeavyLoad

FIG.1.14

Lneas de flujo en el devanado de un motor con carga moderada y con cargapesada

La figura 1.14 (a) muestra cmo se veran las lneas de flujo en el devanado en un motor con

carga moderada. Si ponemos ms carga al mismo motor, necesitaramos ms lneas de flujo

para generar la potencia necesaria, es decir, se incrementa la densidad de flujo inducido en las

laminaciones.

Si seguimos aumentando el voltaje y el amperaje, eventualmente llegaremos a un punto en

que tenemos todas las lneas de flujo que se pueden manejar. Esto se conoce como

SATURACION. Cualquier incremento de potencia por encima de este punto, sobrecalentar

severamente al motor.

Otra consideracin importante en el rating del motor esla velocidad.

Sabemos que la velocidad del motor disminuir con el incremento de la carga. Si la velocidad

es muy baja, el rendimiento de la bomba se ver afectado, por lo que debemos limitar la carga

a un punto donde la velocidad sea aceptable.


28/83

28


Normal

areaof

operation

Torque

Starting

Torque

020%40%60%80%100%120

Speed(%ofNo-LoadSpeed)

FIG. 1.15.

Curva tpica Velocidad -Torque de un motor de B.E.S.

Otro de los factores ms importantes para determinar el rating de un motor es la

temperatura.

Durante la operacin del motor se genera calor en el devanado, este calor debe ser disipado

por el fluido del pozo que pasa baando la superficie externa del motor. La mxima

temperatura interna del motor est determinada parcialmente por los componentes

individuales tales como el aislamiento, soldaduras, aceite, etc. Por tanto, resulta muy

importante considerar la temperatura en el interior del motor. La mxima temperatura para losmotores estndar es de 400F.

En condiciones normales de operacin existen algunos factores que pueden causar que la

temperatura interna del motor exceda el lmite de temperatura del motor y por tanto deben ser

evitados. Estos factores incluyen: operacin de la bomba hasta que produce todo el aporte del

pozo y se queda sin nivel de fluido, atascamiento de la bomba por excesiva cantidad de gas

libre, bombas atascadas, prdida de la capacidad de transferencia de calor por depsitos de

escala en la pared externa del motor, fugas de fluido por la tubera de produccin

(recirculacin de fluido), prdida de flujo por operacin contra una vlvula de superficie

cerrada, y en general sobrecargas del motor.

Otro factor limitante es eldiferencial trmico.Cuando el motor se calienta sus componentesse dilatan en diferentes proporciones de acuerdo al material del que estn hechos. An si se

fabricara un motor con todos los componentes del mismo material, la dilatacin sera

diferente de acuerdo la posicin geomtrica del componente por los cambios de temperatura

que se tienen en el interior del motor mismo, como se puede ver en la Fig. 1.16.

El motor se disea con ciertas tolerancias que permiten la dilatacin de sus componentes. Si la

dilatacin es excesiva, como ocurre cuando se sobrecalienta el motor, la dilatacin puede


29/83

29


exceder las tolerancias lo cual puede terminar en la falla de los cojinetes u otro dao del

motor.

CasingI.

Th PotentialHotSpot

Tw

Ts

T

Flow

Motor

Housing

StatorWi

Thisthe"hotspot"temperatureandmayormaynotbei

Twisthewindingtemperature

Tsisthemotorskintemperature

Tisthebulkfluidtemperature

Figure1.16Perfil tpico de temperatura de un motor deBES

Todos los factores analizados determinan el rating de potencia de un motor. Losmotores REDA de la Serie 540, tipo SK (Antes 90-O), tipo MK (ANTES 90-O Int.) ylos motores tipo PK (Antes tipo 91) parecen fsicamente idnticos. La diferencia esten el rating de potencia por rotor. Es decir, el motor tipo SK est basado en unrating de 12.5HP por rotor, mientras que el motor tipo PK esta basado en un ratingde 10HP por rotor.

Como se puede ver en las curvas de los motores, el motor tipo PK es ms eficiente y opera a

menor temperatura que el motor SK puesto que usa ms motor para hacer el mismo trabajo.

1.4 El protector

El Protector est ubicado entre el intake y el motor. El protector es una pieza vital en el

ensamblaje y si no es seleccionada apropiadamente puede reducir la vida til del equipo.

A travs del tiempo se han venido utilizando los protectores en diferentes configuraciones

para cumplir con los requerimientos de las diferentes aplicaciones. Los protectores tipo

laberinto 66L y protectores de sello positivo tipo prellenados de bolsa simple (PFSB) y de


30/83

30


doble bolsa (PFDB) han sido usados exitosamente alrededor del mundo por dcadas. Estos y

algunas combinaciones de ellos se usan todava en muchas partes.

El concepto de la Tecnologa de protectores modulares permite combinar mltiples secciones

o cmaras, tanto de laberinto como de sello positivo, utilizando pocas partes diferentes para

ensamblar un protector con la combinacin requerida para cada aplicacin. Aunque los

diseos anteriores an estn disponibles, el Sistema Modular se esta volviendo ms comn.

El sistema "modular" es realmente muy simple. Consiste de una cabeza, base, eje, seccin de

sello (tipo laberinto o bolsa) y un cojinete de empuje. Con pocos mdulos o partes es posible

fabricar muchas configuraciones.

En la FIG. 1.17 se presentan algunas de las posibles combinaciones. Independientemente de

cual configuracin se escoja, las funciones del protector son esencialmente las mismas.

La nomenclatura para denominar los protectores modulares es simple y brinda informacin de

como esta configurado un protector. La denominacin del protector siempre comienza desde

la cabeza y sigue hacia la base, se denomina de acuerdo a las cmaras de sello utilizadas y a la

forma en que stas se conectan entre s (por ej. : en "serie" o en "paralelo").

La "L" se utiliza para cmara tipo laberinto y la "B" para cmaras de tipo bolsa.

En cuanto al tipo de conexin, la "P" significa en PARALELOy la "S" significa conexin

en "SERIE".

En algunas ocasiones se encuentran tambin las letras HL, lo que indica que el protector

tiene un cojinete dealta carga.

Dados stos cdigos para la designacin de los protectores, un protector BSBSL-HL es un

protector de tres cmaras, que tiene una cmara de bolsa en la cabeza conectada en Serie a

otra cmara inferior de bolsa la cual esta luego conectada en serie a la ltima cmara de sello

que es de tipo laberinto. Adems, este protector tiene cojinete de alta carga.


31/83

31


Bag

Chamber

Labyrinth

Chamber

Head

Seal Body

Base

Shafts

Thrust Only B L BSL LSB BSBSL LSLSB BPBSLSL

Fig.1.17

El sistema de protectores modularesREDA

Los protectores modulares estn disponibles en Series 400 (4.00"), 540 (5.40"), 562 (5.62") y

Serie 738. El 540 y el 562 tienen las mismas bridas tanto en la cabeza como en la base.

Ambos pueden ser instalados con motores Serie 540 562 sin adaptadores. El protector 562

tiene una seccin de empuje ms larga y cojinete de mayor dimetro para aplicaciones de altoempuje descendente, todas las dems partes son exactamente las mismas. Este protector fue

desarrollado especialmente para aplicaciones de alto empuje, como por ejemplo con las

bombas HN20000 y JN21000

El protector tiene tres funciones principales:

Proveer un sello y equilibrar las presiones interna y externa para evitar que el aceite del

motor sea contaminado por el fluido del pozo, actuando tambin como un reservorio de

aceite para el motor.

Soportar la carga axial (empuje) desarrollada por la bomba.

Transmitir el Torque desarrollado en el motor hacia la bomba, a travs del eje del

protector.

Una de las funciones del protector es evitar el ingreso del fluido del pozo al motor donde

podra causar daos irreparables al sistema. Esto se logra a travs de equilibrar la presin en el

interior del protector con la presin externa del fluido del pozo, independientemente del valor

de la presin.


32/83

32


Puesto que la base del protector esta abierta al motor, la presin en el interior del motor se

equilibra con la presin del ambiente externo del fluido que rodea a la unidad. Manteniendo

una presin diferencial mnima se restringe el ingreso del fluido del pozo hacia el motor.

Para lograr esta funcin, el protector debe permitir de alguna manera que el fluido del pozo se

comunique con el aceite en el interior del protector. Hay algunos diseos de protectores que

permiten la transferencia de presin mutuamente sin que se produzca la mezcla de los dosfluidos.

Uno de estos diseos es el tipolaberinto.

El protector est en contacto directo con el fludo del pozo en

la cabeza del protector con la base del intake

El fludo del pozo, de

mayor gravedad espe-

cfica se separa por

gravedad.

El principio de "Tubo U"

mantiene el fludo

pesado del pozo ms

abajo en la unidad,

manteniendo el thrust

bearing del protector

y el motor llenos de

aceite limpio.

El nivel de

fludo puede

elevarse y

caer tanto

como fuese

necesario

para

balancear

la presin.

La base est abierta y en en contacto directo con el motor

Fig.1.18Protector tipoLaberinto

En las cmaras delaberinto se utiliza la diferencia entre la gravedad especfica del fluido

del pozo y el aceite del motor para mantenerlos separados, a pesar de que estn en contacto

directo ya que el protector esta abierto al intake en su parte superior. El fluido del pozo es

generalmente inmiscible con el aceite del motor, por esta razn aunque haya un contacto

directo no hay tendencia para contaminar el aceite del motor

La cmara del laberinto est aislada de la rotacin del eje por un tubo exterior al eje, por lo

tanto no se mezcla cuando gira la unidad.

Hay aplicaciones en las que el sistema de laberinto no es aplicable. En casos donde el fluido

del pozo es ms liviano que el aceite del motor (aproximadamente 0.85), el aceite del motor

ira al fondo de la cmara y sera desplazado rpidamente por el fluido del pozo.


33/83

33


Fig.1.19

Cmara tipo laberinto cuando el fluido del pozo es ms liviano que el aceite delmotor

Si la gravedad especfica del fluido del pozo es muy cercana o menor a la gravedadespecfica del aceite del motor, este tipo de protector no debera ser utilizado.

Los protectores de laberinto tampoco deben ser aplicados en pozos horizontales o altamente

desviados. El diseo de la separacin de la gravedad requiere que la unidad est en posicin

vertical, o casi vertical. Mientras mayor es el ngulo, menor ser la capacidad de expansin de

aceite.

Cuando se hacen inspecciones en el campo de los equipos recuperados del pozo la inspeccin

del protector tipo laberinto debe hacerseantesde que el protector sea acostado. Una vez que

el protector ha sido puesto en posicin horizontal la restriccin del tuboUes removida y el

fluido del pozo se puede distribuir en todas las cmaras.

FIG.1.20

Contaminacin de un protector de laberinto en posicinhorizontal

Para aplicaciones donde las gravedades especficas del fluido del pozo y del aceite de motorson similares o en pozos bastante desviados, se utilizan protectores de "sello positivo"

"bolsa" los cuales mantiene separados fsicamente los dos fluidos. Este sistema es similar al

"fuelle" encontrado en algunos motores de pozos de agua excepto que la bolsa tiene mucha

mayor capacidad para la expansin y contraccin que un tpico "fuelle".

Esta bolsa es hecha de un elastmero de alta temperatura y alto rendimiento que puede resistir

las severas condiciones tpicamente encontradas en los pozos de petrleo. La bolsa mantiene

el fluido del pozo en el exterior y el aceite limpio del motor en el interior. Cuando el aceite


34/83

34


del motor se expande o se contrae, la bolsa simplemente se infla o se contrae para adaptarse al

cambio de volumen.

Bolsade

Elastmero

Labolsaadaptasuvolumencomo

seanecesarioyalmismotiempo

mantienelosdosfludosfsicamenteseparados.

FIG. 1.21

El protector de sello positivo o de bolsa.El protector del sello positivo ofrece una gran ventaja por su flexibilidad y es til en una

amplia variedad de aplicaciones.

Sin embargo, se debe tener cuidado en las aplicaciones de este tipo de protector en pozos con

fluidos que contienen qumicos o que son tratados continuamente con qumicos. Como con

cualquier elastmero que se aplica en el rea petrolera, se debe tomar en cuenta este efecto

para garantizar que el elastmero no ser daado por el fluido del pozo. Si el sello positivo se

rompe, el motor puede ser contaminado fcilmente con el fluido del pozo.

Otra funcin del protector esabsorber el empuje generado por la bomba. El thrust bearingdel protector posee una superficie relativamente grande sobre la cual absorbe el empuje.

Adems, puesto que el cojinete de carga (thrust bearing) est opera y absorbe la carga en un

entorno de aceite limpio, el tiempo de servicio de la BES se prolonga.


35/83

35


Cojinete de

Empuje

Ascendente

Disco

Cojinete de

Empuje

Descendente

FIG1.22

Cmara del Cojinete de Empuje (Thrust bearing) delprotector

Siempre se debe seleccionar un cojinete de empuje que tenga capacidad para soportar una

carga mayor que el mximo empuje que la bomba seleccionada sea capaz de generar en la

condicin ms crtica de operacin.

Otra funcin que el protector lleva a cabo es la transmisin de Torque del motor a labomba, puesto que esta fsicamente localizado entre los dos.

Aunque esto puede parecer un poco trivial, en el proceso de seleccin necesitamos estarseguros de que el eje del protector es capaz de transmitir todo el Torque requerido sin exceder

su resistencia mxima, lo cual podra resultar en un eje roto.

Sabiendo como operan independientemente las cmaras de tipo laberinto y las de sello

positivo o bolsa, veamos las combinaciones entre ellas para adaptar la configuracin final del

protector.

Unaconexin en seriees simplemente una cmara en lnea despus de la otra, al igual que las

resistencias en serie en un circuito elctrico. Para que el fluido del pozo entre a la cmara

inferior, ste tiene que desplazar antes todo el aceite de la cmara superior.

Si se tienen dos bolsas en serie, significa que la bolsa inferior es un sello redundante a la bolsasuperior y est all como "seguro" adicional en caso de que la bolsa superior falle por alguna

razn.

En Sistemas en serie no se incrementa la capacidad de expansin.

Cuando se conectandos bolsas en paralelose duplica la capacidad volumtrica de expansin

disponible.Esto es til en aplicaciones de HP superiores (motores ms grandes tienen ms

aceite) donde la expansin y contraccin puede exceder la capacidad volumtrica de una sola


36/83

36


bolsa. Si se utiliza una sola bolsa y la capacidad es excedida, la unidad permitir la

penetracin del fluido del pozo, el uso de dos bolsas eliminara esta posibilidad.

Aunque hay muchas combinaciones posibles, nunca se pueden combinar dos cmaras de

laberinto en paralelo.

As mismo, no es posible conectar una cmara laberntica en paralelo a una seccin de sellopositivo.

Las configuraciones permitidas entre dos cmaras son: LSL, LSB, BSL, BSB y BPB.

1.4.1 Ciclos de Operacin del protector

Para visualizar la operacin de los protectores y como operan las cmaras en conjunto

acoplando los dos tipos de cmaras a continuacin se describen y se ilustran grficamente

(Fig. 1.24) los ciclos de operacin para algunas configuraciones comunes.

1.4.1.1 Llenado con aceite del motor y protector.Todos los protectores son llenados con aceite previamente inspeccionado y probado en lafbrica o en las instalaciones de Servicio de Reda. Durante el ensamblaje del equipo en la

locacin el Tcnico de Servicio de Campo vuelve a rellenar el protector con aceite limpio para

reemplazar el aceite perdido durante el acople de los componentes.

Debido al complejo diseo del sistema de protectores, el procedimiento de llenado es exacto y

debe ser realizado solamente por tcnicos calificados. Cualquier desviacin de los

procedimientos especificados para cada tipo de protector puede ocasionar problemas como la

presencia de aire atrapado en el interior del protector lo que potencialmente puede causar la

falla de los sellos mecnicos durante la operacin, lo que a su vez causara daos en el

protector y en el motor.

La figura 1.23 ilustra la trayectoria del flujo de aceite durante el llenado de un protector

modular tipo LSB. Los tapones de venteo son reemplazados progresivamente para asegurarse

que cualquier burbuja de aire que hubiera quedado atrapado sea removida del sistema.


37/83

37


FIG.1.23

Trayectoria de flujo deaceitedurante el llenado de un protector modularLSB

Puesto que el servicio o llenado de aceite del sistema se hace a temperatura ambiente, la

temperatura del aceite ser tambin igual a la temperatura del ambiente (OAT) OutsideAmbient Temperature.

1.4.1.2 Asentamiento de la BES a profundidad de asentamiento, el aceite se expande.

En este paso a medida que la BES es bajada en el pozo el aceite del motor y del protector se

va calentando gradualmente hasta llegar hasta la profundidad de asentamiento (BHT)BottomHole Temperature.

El incremento gradual de temperatura originar que el aceite del motor y del protector

comience a expandirse hasta que la temperatura se equilibra con la temperatura externa BHT.

El volumen expandido del aceite depender del diferencial trmico entre la superficie OAT y

la temperatura a la profundidad de asentamiento BHT. Para fines de ilustracin, asumamos

que el aceite se expande 9%.

Pero el sistema puede alojar solamente 100% del volumen, por lo tanto el sistema expeler el

9% adicional.Este aceite nunca ser recuperado por el protector.

1.4.1.3 La BES entra en operacin. El aceite se expande ms.


38/83

38


Cuando el sistema se arranca y la BES entra en servicio, la temperatura del motor se

incrementa a partir de la temperatura de fondo BHT hasta que alcanza la temperatura a la cual

se estabiliza para la operacin del sistema MOT (Motor Operating Temperature). Esteincremento de temperatura provoca una expansin adicional del aceite, para propsitos de

ilustracin en el ejemplo asumamos un incremento de 2% a 4% del volumen.

Pero nuevamente, el sistema solo puede alojar 100% del volumen por lo tanto el 2 4%adicional de aceite ser expelido hacia el pozo.

1.4.1.4 El motor se para. El aceite se contrae.

Despus de cierto tiempo de operacin se apaga la BES, sea para realizar mantenimiento de lo

equipos de superficie, por una falla en el suministro de energa, o cualquier otra razn. En el

transcurso de cierto tiempo, generalmente entre 2 a 4 horas, la temperatura del motor

disminuye desde MOT hasta equilibrarse nuevamente con la temperatura externa del fluido

BHT, por lo tanto el aceite se contraer el mismo volumen que se expandi en el punto

anterior. Ahora el sistema contiene solamente 9698% de aceite, por lo tanto el protectorpor

primera vezpermite el ingreso de fluido del pozo a su cmara superior en una cantidad igualal 24% (en este ejemplo) de volumen faltante.

Si la cmara superior es de tipo laberinto, el fluido del pozo entra por el tubo y se deposita en

el fondo de la cmara superior, donde permanecer porque su gravedad especfica es mayor

que la del aceite del motor. Este fluido es el que primero se expele cuando el motor se arranca

nuevamente y su temperatura se incrementa.

Si la primera cmara es una bolsa, la bolsa se contraer para adaptarse al nuevo volumen de

aceite. El vaco parcial que se produce permitir el ingreso de fluido del pozo hacia el exterior

de la bolsa superior donde permanecer debido a que el sello positivo de la bolsa evitar su

ingreso al interior de la bolsa.

1.4.1.5 Operacin cclica del motor

Aun cuando en teora durante la operacin cclica del sistema el protector debera expulsar

exactamente la misma cantidad de fluido del pozo que ingreso a la primera cmara, siempre y

cuando los ciclos ocurran exactamente entre las mismas temperaturas, existen algunosfactores que pueden contribuir a que el protector pierda cierta cantidad adicional de aceite

como:

El incremento de la temperatura de operacin del motor

Cambios en la gravedad especfica del fluido pueden incrementar la carga delmotor, incrementando tambin su temperatura de operacin.

En pozos con cantidades considerables de gas, puede presentarse gas disuelto

en el aceite del motor y expandirse durante los ciclos de operacin.

Se pueden formar emulsiones en las cmaras, etc.

Si el sistema tiene una bolsa, la bolsa no colapsar a menos que el volumen de aceite expelido

por el sistema sea igual al volumen contenido en el interior de la bolsa.


39/83

39


1.4.1.6 Se recupera la BES a la superficie. El aceite se contrae.

A medida que se saca la unidad hacia la superficie, el aceite se va enfriando progresivamente

hasta llegar nuevamente a la temperatura ambiente OAT. (Aunque en el ejemplo se esta

asumiendo que regresa a la misma OAT, sta temperatura ambiente no es necesariamente

igual a la temperatura ambiente cuando se instal el equipo).

Dependiendo de la operacin cclica a la que estuvo sometido el equipo y de la BHT, el

volumen contrado puede exceder la capacidad de la cmara de laberinto o de la bolsa, lo que

se evidencia como desgarramiento de los elastmeros de las bolsas y presencia de fluido en

las cmaras inferiores.

La mayora de los daos de las bolsas se producen durante la recuperacin de la BES del

pozo, no durante la operacin del equipo.

110%

100%123

45

6

80%

OATBHTMOTTemperature

FIG.1.24

Ciclos de operacin delprotector

A continuacin se ilustra grficamente la operacin de tres configuraciones comunesde protectores LSB, BSB y BPB, y como se produce la interaccin entre las cmarasdurante los ciclos de operacin.


40/83

40


s s

L

SBMo

du

lar

Pro

tec

tor

Protector tipo LSB

2oilmore

3oil

wel4fluid

wel5fluid

wel5flui

Bag

contract

Bag

expands

Bag

contract

UnitMotoroperatesMotorstopsMotorcycles-onMotorcycles-

instaled

inwel

andoil

expands

andoil

contracts

andoil

expandsofandoil

contracts


41/83

41


octretoPraulrdoMB

s

s

s

s

BS

110%

100%123

45

6

80%


FIG.1.25

Ciclos de operacin en un protector modular tipoLSB

Protector tipo BSB

more wel wel wel2o3oil 4fluid5fluid5flui

Bag

contract

Bag

expands

Bag

contract

Bagcontract

Bagexpands

Bagcontract


instaled

inwel

andoil

expands

andoil

contracts

andoil

expandsofandoil

contracts


42/83

42


octretoPraulrdoMB

s

s

s

s

BP

110%

100%123

45

6

80%


Figure1.26

Ciclos de operacin en un protector modular tipoLSB

Protector tipo BPB

2oilmore

3oil

wel4fluid

wel5fluid

wel5flui

Bag

contract

Bag

expands

Bag

contract

Bag

contract

Bag

expands

Bag

contract


instaled

inwel

andoil

expands

andoil

contracts

andoil

expandsofandoil

contracts


43/83

43


110%

100%123

45

6

80%


Figure1.27

Ciclos de operacin en un protector modularBPB1.4.1. Aplicacin del protector

Con cualquier tamao (serie) de protector modular, la ventaja principal es la flexibilidad.

Utilizando este sistema, se puede ensamblar el protector requerido para cada aplicacin

especfica.

A continuacin se presentan guas para la seleccin entre algunas de las configuraciones

posibles de los protectores y las reas de aplicacin donde cada tipo tiene sus ventajas y

desventajas. La tabla debe utilizarse como una referencia general solamente. La configuracin

apropiada del protector debe definirse considerando cada aplicacin en particular, tipo de

fluido, equipo utilizado y condiciones de operacin. Por ejemplo si espera manejar fluidos

con arena y/o tratamientos qumicos continuos, es conveniente instalar una cmara de tipolaberinto en la parte superior. En la tabla se asume el uso de materiales estndar para las

configuraciones listadas.

ModularProtectorApplication-ChamberConfiguration

Key:1=Excelent2=Good3=Fair4=Poor

ApplicationType LLSLLSLSLBLSBLSBPBBSLBSBSLBPBSLLSBSB

BHT


44/83

44


(B)Fluidos que deterioran los elastmeros especficos usados.

Adems de la seleccin correcta de la configuracin de las cmaras, es muy importante la

seleccin de los materiales utilizados en el protector. Todos los protectores usan elastmeros

y dependiendo del entorno, algunos elastmeros pueden funcionar mucho mejor que otros.

Aunque normalmente se usan Nitrilo o Aflas para aplicaciones de baja y alta temperaturarespectivamente, hay muchos otros elastmeros disponibles para aplicaciones especiales.

NeopreneNitriloCarboxy-NitriloHSNVitonAflTemp.Limit(F)*250275300350400PropriedadesdeResistenciaQumicaRelativa

Agua/Crudo11121SulfurodeHidrgeno13141

Aminas33341QumicasPolares441-233

DixidoCarbnico22242

*El lmite de temperatura indica la temperatura mxima de operacin para un

material especfico de Reda. Los elastmeros van a estar expuestos a mayor

temperatura que la temperatura ambiente del pozo, dependiendo de su localizacin

en el equipo.

1 = Resistencia excelente para largos perodos.2 = Resistencia buena para largos perodos

3 = Regular, depende del tiempo y temperatura de exposicin (buena para corto perodo)4 = Malo - an en corto tiempo, no resiste

Debido a que una de las funciones primarias es manejar el empuje generado por la bomba, es

muy importante seleccionar el cojinete de empuje (thrust bearing) apropiado.

Las siguientes curvas muestran los lmites de carga que el cojinete de empuje puede absorber

con seguridad en funcin de la temperatura de fondo y la velocidad.

Debe notarse que la cmara de empuje del protector puede estar mas caliente queel motor, el cual a la vez opera ms caliente que el fluido del pozo. Estos factores sehan considerado en las grficas de capacidad de carga de los protectores.


45/83

45


Loa

d

Ra

ting

(Lbf)

Loa

d

Ra

ting

(Lbf)

ProtectorLoadRatingsvs.TemperatureforREDA2Oil

reda540Seriesprotectorthrustbearing

15,000

12,500

Hi-Ex(HL)

10,000

Bronze(KTB)

7,500

5,000

2,500Standard(STB)

0050100150200250300

BotomHoleTemp(F)3500RPMandabove. 2917RPM

ProtectorLoadRatingsvs.Temperaturreda400Seriesprotectorthrustbearing

10,000

8,600

7,9007,500

Hi-Ex(HL)

5,000

3,9003,600Bronze(KTB)

2,500

1,600Standard(STB)

0

050100150200250300

BotomHoleTemp(F)3500RPMandabove. 2917RPM

Cuando se selecciona el motor para una aplicacin es necesario considerar la potenciaconsumida por el protector. En aplicaciones equipos de dimetros grandes que involucran

cargas muy altas, podra producirse una falla por sobrecarga del motor si se ignora la

potencia requerida para operacin del protector.

En aplicaciones de equipos de menor dimetro y/o cargas menores el consumo adicional de

potencia es menor de 2HP.


46/83

46


Horsepower

ProtectorPowerConsumptionforREDA2Oil

Est.PowerConsumedat20FBHT4

3562Series

2540Series

140Series

002000400060008000100001200014000

ThrustLoadinPounds

Figure2.28

Potencia consumida por elprotector

1.5 Cable de Potencia

El cable de potencia es uno de los componentes ms importantes y sensibles en el Sistema de

BES. Su funcin es transmitir la energa elctrica desde la superficie al motor, y transmitir las

seales de presin, temperatura, etc. desde el instrumento sensor de fondo (PSI, DMT,

DMST, o PUMPWATCHER-QUARTZ) a la superficie.

Todos los cables Reda utilizan conductores de cobre estaado. Las tres fases son aisladas

individualmente, el aislamiento es fsicamente pegado con adhesivo al conductor. Los

conductores pueden tener adems una barrera protectora y/o una fibra trenzada sobre el

aislamiento. Luego los conductores son encamisados para proveer proteccin mecnica y

qumica y finalmente, por lo general se envuelven los conductores con armadura metlica.

El xito o fracaso de la instalacin depende en gran parte de la adecuada seleccin del cablede potencia para las condiciones de operacin. En pozos muy profundos que requieren cables

especiales, el cable puede ser el componente ms costoso del sistema.

El sistema modular de cables Reda permite al usuario disear la configuracin adecuada para

las condiciones especficas de aplicacin.

Los cables modulares estn disponibles en configuracin redonda y plana y los conductores a

su vez pueden ser slidos, trenzados o compactados.

La siguiente tabla muestra las designaciones usadas para los materiales comunes de los

componentes:


47/83

47


Component Abbreviation Material description

Insulation 1) PPE, P Polypropylene copolymer

2) E EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene)rubber

3) K Kapton

4) T Semi-conductive tape(REDASURFACE)

Barrier 1) S

2) TB

PVDF (Polyvinylidiene fluoride)

Tedlartape

3) F TeflonFEP extrusion

4) TB High temperature tape

5) L Lead

Jacket 1) PE HDPE (High density polyethylene)

2) O Oil-resistant nitrile rubber compound

3) E EPDM rubber compound

Armor 1) G Galvanized steel

2) HG Heavy Galvanized steel

3) DG Double Galvanized

4) SS Stainless Steel

5) M Monel

Standard interlocking profile

FP Flat profile

Por ejemplo, a 2/7 POTB G4F cable ser:

2/7 = #2 AWG with 7 strands conductors

P = Polypropylene insulation

O = Oil-resistant nitrile jacketTB = Tape and braid

G = Galvanized steel armor

4 = 4 KV rating

F = Flat cableLos cables de uso ms comn han sido agrupados en familias como REDALENE,REDABLACK, REDAHOT y REDALEAD. Dentro de estas familias de cables se pueden

tener variaciones con diferentes ratings de operacin, dependiendo de su construccin. Los

ms comunes son:

Los cables de la familiaREDALENEtienen aislamiento de polipropileno (P o PPE) y forrode Nitrilo resistente al petrleo (O). La temperatura mxima de estos conductores es 205F y

la mnima temperatura para su manipulacin e instalacin es 45F. REDAVALU es un tipode cable alternativo al REDALENE, su costo es menor y puede usarse en pozos con fluidos

que no son agresivos y de temperaturas relativamente bajas.

Los cables tipoREDAHOTtienen aislamiento de EPDM (E) y forro de Nitrilo resistente alpetrleo (O). La temperatura mxima de los conductores es 275F.


48/83

48


Los cables tipoREDABLACKutilizan aislamiento de EPDM (E) y tambin forro deEPDM (E). Los rangos de temperatura ms comunes son 300 y 400F, de acuerdo alas opciones seleccionadas.

Los cables tipo REDALEADtienen aislamiento de EPDM (E) y un forro impenetrable deplomo (L). El rango de temperatura para estos cables es 400F o 450F dependiendo de su

configuracin.

2.5.1 Aplicacin del cable de potencia

El proceso de seleccin del cable de potencia es bsicamente un proceso de dos pasos:

Seleccin del tamao de cable (AWG), y

Seleccin de la configuracin apropiada, considerando Voltaje requerido en superficie,

Temperatura del conductor a las condiciones de operacin,

Temperatura de superficie,

Condiciones especiales de operacin, tipo de fluido, tratamientos qumicos,gas, nivel de fluido, etc.

Tamao o calibre AWG del cable

En general la seleccin del calibre del cable se hace balanceando las condiciones deoperacin y el costo. En lo referente al calibre del cable, el propsito principal estransportar la energa elctrica desde la superficie al motor. En este sentido sepodra decir que el cable de mayor calibre es mejor porque en ste se tendrnmenores prdidas de voltaje lo que se traduce en mayor eficiencia del sistema.

cables de mayor calibre contribuyen a la mayor eficiencia del sistema poro por otrolado, se debe considerar tambin que los cables de mayor calibre son mscostosos. Por lo tanto se debe buscar un punto de equilibrio entre costo inicial ycosto de operacin.

Para seleccionar el calibre del cable se debe evaluar la cada de voltaje en losconductores, la cual es funcin de la intensidad de corriente que pasa por elconductor, la longitud del cable y de la temperatura del conductor.

La forma ms sencilla para determinar la prdida de voltaje en cable es usando una carta de

cada de voltaje.


49/83

49


#6Cu60#4Cu

50

40

#6#4#230

20

#2Cu

#1#1Cu

#1/O

#1/O

10

0020406080100120140

CurentinAmperesFigure1.29

Carta de perdida de voltaje en elcable

Existen factores de correccin para la cada de voltaje en el cable dependiendo de la

temperatura pero en general es mejor ignorar este factor de correccin. La razn para esto

es que las prdidas de voltaje no estn en fase en el cable no estn en fase con las

prdidas de voltaje en el motor sino con la corriente. Para obtener la verdadera cada de

voltaje en el cable sera necesario calcular el factor de potencia con lo cual la se obtendra

una cada de voltaje menor a la que se obtiene si se hace el clculo basado solamente en la

resistencia.Mientras que el motor constituye una carga inductiva, el cable es una carga casi

puramente resistiva (aunque tiene cierta reactancia). Esto significa que no toda la

corriente se pierde en el sistema el cual tiene un factor de potencia menor que 1.0. Si se

ignora la reactancia del cable, el factor de potencia del cable sera exactamente 1.0. Lo

que significa que no se puede calcular la cada de voltaje del sistema en base solamente a

la resistencia.

Por ejemplo, digamos que se tiene un motor de 140 HP, con una eficiencia de 0.89,

1299V, 69.5A operando una bomba que ejerce una carga de 135 HP. El cable utilizado es

cable #4, 7500 pies de longitud en un pozo con temperatura de fondo de 200F.

El cable y el motor se veran en esta forma en nuestro sistema elctrico:


50/83

50


A

PFs(s)

KVAKVARLKW

KW

MotorKWKWPFKV=Co

Para obtener los KW y KVA del sistema, podemos sumarlos vectorialmente:

KVAKVARLs

KW

System

KW==CoKVA

Los KW del motor se pueden calcular como:

BHP* 0.7547 135* 0.7547MotorKW = = = 113KW

eff 0.89

y, asumiendo un factor de potencia de 0.85, los

Documents

2. Libro Bombeo Electrosumergible