¿Qué es el levantamiento artificial? Métodos utilizados en la producción de petróleo y gas.

A medida que disminuye la presión del yacimiento, la energía natural de los pozos de producción puede resultar insuficiente para elevar los fluidos a la superficie al ritmo requerido. En este punto, las tecnologías de levantamiento artificial pueden proporcionar energía adicional para mantener o aumentar la producción.

Los métodos de levantamiento artificial más utilizados en la producción de petróleo y gas incluyen el levantamiento por gas, la bomba sumergible eléctrica (ESP) , la bomba de varilla y las bombas de cavidad progresiva (PCP) . Cada método presenta diferentes adaptabilidades a la profundidad del pozo, el caudal de producción, las propiedades del fluido, la producción de gas y agua, y las condiciones de operación. Por lo tanto, la selección del método de levantamiento artificial debe combinarse con las condiciones específicas del pozo y los requisitos de producción.

¿Cuándo necesita un pozo un sistema de bombeo artificial?

En la etapa inicial de la producción de un pozo petrolífero, es posible que no sea necesario el levantamiento artificial. Muchos pozos pueden producir por sí solos, ya que la presión de la formación es suficiente para superar la presión necesaria para que el fluido ascienda a la superficie.

A medida que disminuye la presión de la formación, la capacidad de autoproducción del pozo petrolífero se debilitará gradualmente. Las siguientes situaciones suelen requerir la consideración de la extracción artificial:

Disminución significativa de la producción.

• La presión en el fondo del pozo es insuficiente para mantener la autoproducción.
• El volumen de agua de producción aumenta, y la dificultad para elevar el fluido se incrementa.
• La viscosidad del fluido limita la capacidad de autoproducción.
• La necesidad de mantener el ritmo de producción previsto.

La elección del método de extracción artificial depende principalmente del rendimiento de producción del pozo petrolífero y de los cambios en las condiciones de operación, más que de un único umbral de producción.

¿Cuáles son los principales métodos de extracción artificial?

Ascensor de gas

El levantamiento artificial por gas funciona inyectando gas en la tubería de producción, lo que reduce la densidad de la columna de fluido y, por lo tanto, disminuye la presión estática del agua necesaria para elevar el fluido a la superficie.

El levantamiento artificial por gas es adecuado para pozos petrolíferos donde resulta difícil instalar o mantener la bomba de fondo de pozo, como los pozos marinos y los pozos con una inclinación pronunciada. También es aplicable a pozos petrolíferos con tasas de producción elevadas.

La eficacia del levantamiento artificial por gas depende principalmente del volumen de inyección, la presión de inyección, la posición de la válvula, la profundidad del pozo y la fuente del gas inyectado. Un volumen de inyección insuficiente resultará en una capacidad de levantamiento insuficiente, mientras que una inyección excesiva puede reducir la eficiencia del sistema.

Bomba sumergible eléctrica (ESP)

La bomba eléctrica sumergible acciona la bomba centrífuga mediante el motor de fondo de pozo para aumentar la presión y transportar una gran cantidad de fluido a la superficie.

La bomba electrosumergible (ESP) es adecuada para pozos petrolíferos de alta producción, especialmente en situaciones donde es necesario extraer un gran volumen de líquido de las secciones más profundas del pozo.

Su rendimiento puede verse afectado por factores como interferencias de gas, cambios en el contenido de agua, altas temperaturas, fallas eléctricas y el funcionamiento fuera del rango recomendado. Por lo tanto, el rendimiento de la bomba debe ajustarse a la capacidad de entrada real del pozo petrolífero.

Bomba de varilla

El sistema de bombeo conecta la bomba de fondo de pozo con el dispositivo de bombeo de superficie y la columna de varillas de succión. La bomba de fondo de pozo, mediante su movimiento alternativo, eleva el fluido de la formación hasta la superficie.

Las bombas se utilizan ampliamente en yacimientos petrolíferos terrestres maduros y son adecuadas para condiciones de producción con caudales bajos a medios. El equipo tiene una amplia aplicación, los procedimientos de operación y mantenimiento están consolidados y es apto para la producción a largo plazo.

Los problemas operativos más comunes incluyen el desgaste de la varilla de bombeo y la tubería, la disminución de la eficiencia de la bomba, los cambios en el nivel del líquido, la interferencia de gases y las fallas mecánicas.

Bomba de cavidad progresiva (PCP)

La bomba de lubricación crea una cavidad móvil continua al hacer girar el rotor dentro del estator de cuerpo elástico, transportando así los fluidos de forma volumétrica.

La bomba de presión controlada (PCP) es adecuada para yacimientos de petróleo pesado y alta viscosidad, así como para condiciones de producción de arena. Se utiliza normalmente para tasas de producción bajas a medias y proporciona un bombeo volumétrico estable.

A la hora de seleccionar el modelo, es fundamental tener en cuenta factores como la viscosidad del fluido, la temperatura, el contenido de gas, las condiciones de producción de arena, así como la compatibilidad entre el material elástico del cuerpo y el fluido producido.

¿Cómo seleccionar el método de elevación artificial adecuado?

No existe un único método de levantamiento artificial que se adapte a todos los pozos. La selección debe tener en cuenta el sistema de producción completo y los cambios previstos a lo largo de la vida útil del pozo.

Los factores clave incluyen:

Pozo o condición de funcionamiento	Importante consideración
Alta tasa de producción	Se puede considerar el uso de ESP o elevación por gas.
Pozo profundo	ESP o elevación por gas pueden ser adecuados
Aceite pesado o viscoso	Se puede considerar una bomba PCP o una bomba de varilla.
Alta producción de gas	La capacidad de manejo de gases se vuelve importante.
Producción de arena	El tipo de bomba y la resistencia al desgaste importan.
Operación en alta mar	Los requisitos de acceso y mantenimiento de los equipos se vuelven fundamentales.
Infraestructura eléctrica limitada	Se pueden considerar opciones de elevación por gas o de accionamiento mecánico.

Los ingenieros también deben tener en cuenta la presión del yacimiento, el contenido de agua, la relación gas-petróleo, la estructura del pozo, la temperatura, la energía disponible o el gas inyectado, los requisitos de mantenimiento y los cambios previstos en la producción.

Estos factores se utilizan para ayudar en la selección de los métodos de levantamiento artificial, y la elección final depende de las condiciones específicas del pozo y de los objetivos de producción.

Leer más: Cómo optimizar los sistemas de elevación artificial

¿Cómo contribuye la simulación a las operaciones de extracción artificial?

A medida que cambian la presión del yacimiento, las propiedades del fluido, el contenido de agua, el caudal de producción y las condiciones de operación, el rendimiento del sistema de levantamiento artificial también se verá afectado. La tecnología de simulación permite evaluar el impacto de estos cambios en la producción en un entorno controlado.

Mediante herramientas de simulación de producción , los ingenieros pueden simular diversos escenarios, como ajustes de producción, cambios en los parámetros de funcionamiento de las bombas, cambios en el volumen de inyección, fluctuaciones de presión y respuestas de los equipos, analizando así la interacción entre el sistema de elevación artificial y el proceso de producción general.

La simulación también puede utilizarse para la formación de operadores. Los alumnos pueden practicar operaciones rutinarias y responder a cambios en las condiciones del pozo y a situaciones anómalas, reduciendo así el riesgo para los equipos de producción reales.

Pensamiento final

Cuando la energía natural del yacimiento no puede satisfacer las necesidades de producción, las tecnologías de extracción artificial pueden ayudar a mantener o aumentar la producción.

La selección de métodos de levantamiento artificial debe tener en cuenta el volumen de producción, la profundidad del pozo, la presión, las propiedades del fluido, la producción de gas y agua, las limitaciones del equipo y el rendimiento de producción futuro. La simulación de producción puede utilizarse como herramienta auxiliar para la selección y la toma de decisiones operativas, evaluando diferentes condiciones antes de la implementación en el sitio y para la capacitación de los operadores.