1. Producción 2
Bombeo Electro Sumergible (BES)

2. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
El sistema de bombeo electrosumergible (B.E.S) es un sistema de levantamiento artificial
que emplea la energía eléctrica convertida en energía mecánica para levantar una
columna de fluido desde un nivel determinado hasta la superficie, descargándolo a una
determinada presión.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

3. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
El BES tiene como principio fundamental levantar el fluido del reservatorio
hasta la superficie, mediante la rotación centrífuga de la bomba
electrosumergible. La potencia requerida por dicha bomba es suministrada
por un motor eléctrico que se encuentra ubicado en el fondo del pozo; la
corriente eléctrica, necesaria para el funcionamiento de dicho motor, es
suministrada desde la superficie, y conducida a través del cable de potencia
hasta el motor.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

4. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Variador de Frecuencia
Transformador Elevador
Cabezal de Descarga
Caja de Venteo
Es la caja de conexiones del sistema.
Permite conectar el cable de energía
del equipo de superficie con el cable de
conexión del motor Transformador Reductor
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

5. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Transformador Reductor Variador de Frecuencia
Es el que reduce la energía del sistema Un variador de velocidad ajusta el régimen de
general y las acondiciona al voltaje que la bomba mediante la variación de velocidad
requiere el Variador de Frecuencia del motor
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

6. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Transformador Elevador
Es el que aumenta la energía reducida
por el transformador reductor y las
acondiciona al voltaje que requiere el
Motor de fondo
Cabezal de Descarga
Esta diseñada para soportar el peso del
Equipo de subsuelo y se usa para mantener
el control del espacio anular del pozo
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

7. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Caja de Venteo
Es la caja de conexiones del sistema. Permite conectar el
cable de energía del equipo de superficie con el cable de
conexión del motor
La caja de venteo tiene tres funciones:
– Funciona como un punto de conexión entre el
penetrador del cabezal, el cable "pigtail" y el cable de
superficie permanente, permitiendo que los espacios
internos de estos cables esté completamente sellados para
prevenir la migración de gases desde el cabezal al cuarto
de control.
– Permite el acceso al sistema eléctrico del cabezal para
pruebas de rutina y la localización de averías; así como
facilitar un medio local de aislamiento fuera de línea.
– Funciona como punto de desconexión del equipo del
cabezal desde el sistema eléctrico de superficie durante
Sumergible (BES)
Bombeo Electro
una intervención o reparación del pozo.

8. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
TRANSFORMADOR
CAJA DE VENTEO ELEVADOR
VARIADOR DE
NIVEL ESTÁTICO FRECUENCIA
TUB.
NIVEL DINÁMICO
BOMBA COMB.
SEP. DE GAS
CABLE
SELLO
TRANSFORMADOR
MOTOR REDUCTOR
Sumergible (BES)
Bombeo Electro
SENSOR
LÍNEA DE FUERZA

9. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Sensor de Fondo
Es un instrumento electrónico unido al motor
que recibe señales físicas de su entorno y
luego son transformadas en señales
electrónicas y enviadas a través del cable de
potencia hasta el panel de control en
superficie
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

10. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Motor Eléctrico.
Recibe la energía desde una fuente superficial de
corriente alterna creando un campo magnético
que giran en el estator, estos inducen al rotor y al
eje girar en el estator.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

11. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Protectores y/o Sellos
Aíslan al motor de los fluidos del pozo y ecualizan
la presión entre el pozo y el Motor, y permiten
también la expansión o contracción del
aceite para el motor. Se encuentra instalado entre el motor
y la bomba
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

12. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Hacia la
bomba
Orificios de
venteo
Tubo de
compresión
Sección de Admisión de los Fluidos: Cámara de
separación
Puede ser simplemente una sección rotativa
ranurada convencional que sirva de Rotor
revestido
filtro o un separador de gas.
Guias de
orientación
El Separador de Gas Buje central
También provee entrada pero Orificios de
separa el gas antes que ingrese a la entrada
bomba.
Alojamiento
Sumergible (BES)
Bombeo Electro
Revestimient
o del rotor
Cámara de
separación
Tubo de
compresión

13. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Bomba
Es el componente encargado de impulsar al flujo desde las
profundidades del yacimiento hasta la superficie. El número de
etapas centrifugas determina la velocidad, la presión y la energía
requerida.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

14. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Cable de Potencia
Conduce la energía necesaria para impulsar el motor desde superficie.
Algunas veces es el componente más costoso (pozos muy profundos o muy
problemáticos).
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

15. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Dentro de las aplicaciones del cable de potencia en el sistema BES, actualmente en la
industria se tiene la opción de instalar el cable de potencia con un tubo capilar o 2 tubos
capilares, lo cual facilita la inyección de productos químicos tales como anticorrosivos,
diluyentes, antiespumantes, anti scale (incrustaciones) etc., desde la superficie.
El diseño del tubo capilar está supeditado al requerimiento del cliente y a la geometría del
pozo, por ejemplo: tubo capilar de ½", 1", etc.
Esta opción de usar tubo capilar facilita la operación BES, principalmente cuando hay
formación de asfáltenos, parafinas, formación de incrustaciones, producción de petróleo con
alto corte de agua, petróleos pesados, etc.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

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

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

18. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Ventajas:
• Puede levantar volúmenes extremadamente altos (90000 bpd) en pozos someros con
revestidor grande.
• No presenta problema con hoyos desviados.
• Aplicable Costa Afuera.
• Los costos de levantamiento para grandes volúmenes son muy bajos.
• Diversidad de Tamaños.
• Se pueden instalar fácilmente sensores de presión en el hoyo para ser medidos en
superficie.
• No causan destrucciones en ambientes urbanos.
• Fácil para aplicar tratamientos contra la corrosión y formación de escamas.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

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

20. Bombeo Electro Sumergible Producción 2
Las partes mas expuestas en este sistema lo constituyen: el motor, la bomba, el protector y el
cable. En esta succión se enumeran algunas de ellas:
Motor: Es la parte mas susceptible a sufrir daños por ser el eje principal del equipo, puede
presentar:
• Excesiva carga de voltaje al motor originada por un mal diseño, desgaste de la bomba, bajo
voltaje.
• Filtración de los sellos del protector, que llevan a causar corto circuito en el motor, esta
filtración puede ser originada por vibraciones excesivas de la bomba, mal manejo durante su
instalación o traslado, defecto de fabricación.
• Desgaste de la carcasa del motor debido a corrosión.
• Operación insuficiente del motor debido a presencia de sucio o humedad en el tablero de
control que originan fluctuaciones en el voltaje.
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

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

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

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

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

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

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

27. Diseño de BES Producción 2
Procedimiento para el diseño del BES
2.- Determinar el Nivel Dinámico de Líquido (pies).
-Estimar la altura de la mezcla (pies). Nivel Estático
hm = Pwf/Gm (pies)
-Estimar el Nivel dinámico (pies).
Nivel Dinámico = Profundidad total del pozo – Altura de la mezcla (hm).
3.- Determinar la Profundidad de asentamiento de la bomba (pies).
Prof. Asentamiento = Nivel Dinámico + ∆hd (sumergencia)
Donde ∆hd depende del criterio de diseño. Se recomienda una sumergencia de 700 a 1000
pies de profundidad. Esto es relativo considerando que la bomba se debe colocar a la
Sumergible (BES)
profundidad donde la fracción de gas a su entrada sea mínima.
Bombeo Electro

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

29. Diseño de BES Producción 2
Procedimiento para el diseño del BES
5.- Determine las propiedades PVT de los fluidos a condiciones de la entrada de la
bomba
-Calcular Pb, Rs, βo, βw, βg, Z
Pb = Dato
Rs = Ecuación de Standing.
Bo = Ecuación de Standing
Bw = Se asume 1.
Bg = (0.00503*Z*T(°R)) / P (Lpca)
Donde
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

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

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

32. Diseño de BES Producción 2
Procedimiento para el diseño del BES
9.- Carga dinámica total ( TDH): La carga dinámica total en el sistema BES está dado
por la suma del nivel de fluido dinámico mas la pérdida de fricción de la tubería mas
la presión de descarga (Presión del tubing)
TDH = Nivel dinámico (ND) + Fricción del tubing (Ft) + Presión de descarga ( Pd)
Donde
Pd = [Pwh]/Gm
Ft: Gráfico de William y Hazen
Sumergible (BES)
Bombeo Electro

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

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

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

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

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

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

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

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

41. Bombeo Electro Sumergible
Ejercicio

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