NaturaGas
EPA POLLUTION PREVENTER
Lecciones
Aprendidas
De los participantes de Natural Gas STAR
INSTALACION DE SISTEMAS DE BOMBED NEUMATICO EN
POZOS DE GAS NATURAL (Installing Plunger Lift Systems in
Gas Wells)
Resumen gerencial
En los pozos de gas maduros, la acumulacion de fluidos en el pozo puede obstruir y en ocasiones detener la produccion
de gas. El flujo de gas se mantiene eliminando los fluidos que se acumulan con el uso de una bomba de balancin o
tratamientos de remedio, como limpiando, enjabonando o ventilando el pozo a presion atmosferica (conocido como
"purgado" del pozo). Las operaciones de eliminacion de fluido, en particular las de purgado, pueden causar emisiones
importantes de metano a la atmosfera.
Instalar un sistema de bombeo neumatico es una alternativa economica para eliminar los liquidos. Los sistemas de
bombeo neumatico tienen la ventaja adicional de aumentar la produccion, asi como reducir significativamente las emisiones
de metano que se relacionan con las operaciones de purgado. El bombeo neumatico usa la concentracion de presion de
gas del pozo para bombear hacia fuera del pozo una columna de fluido acumulado. El sistema de bombeado neumatico
ayuda a mantener la produccion de gas y puede reducir la necesidad de tener que realizar otras operaciones de remedio.
Los participantes de Natural Gas STAR informan tener beneficios economicos importantes y reduccion de emisiones de
metano al instalar los sistemas de bombeo neumatico en los pozos de gas natural. Las companias han reportado ahorros
anuales de gas de un promedio de 600 mil pies cubicos (Mcf) por pozo al evitar el purgado. Ademas, el aumento de la
produccion de gas despues de la instalacion del bombeo neumatico ha rendido beneficios totales de gas de hasta 18,250
Mcf por pozo, con un valor calculado de $54,750. Los beneficios de tanto el aumento de produccion de gas y el ahorro
de emisiones son especificos al pozo y el deposito y variaran considerablemente.
Medida
Instalacion de
un sistema
de bombeo
neumatico
Ahorros potenciales de gas del aumento
de la produccion de gas y las emisiones
que se evitan (Mcf/ano)
4,700 -18,2502 por pozo
Valor del ahorro
de gas1 ($)
$14,100-$54,750
Costos de montaje
tipico e instalacion
($/pozo)
$2,000-$8,000 por pozo
Plazo tipico
de recuperation
de la inversion
< 1 ano
1 Valor del gas = $3.00/Mcf.
2 De acuerdo con los resultados reportados por los participantes de Natural Gas STAR.
Esta publicacion es una de la serie de resumenes de Lecciones Aprendidas preparados por EPA en colaboracion con la industria
de gas natural que tratan acerca de las aplicaciones superiores del Programa de Mejores Practicas Administrativas (BMP, por sus
siglas en ingles) de Natural Gas STAR y Oportunidades Identificadas por los participantes (PRO, por sus siglas en ingles).
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Antecedentes
tecnologicos
La carga liquida del agujero del pozo con frecuencia es un problema serio en los
pozos de produccion envejecientes. Los operadores comunmente usan bombas
de balancin o tecnicas de remedio, como la ventilacion o el "purgado" del pozo a la
presion atmosferica, o la eliminacion de la acumulacion de liquido y la restauracion
de la productividad del pozo. Sin embargo, estas tecnicas causan perdidas de gas.
En el caso del purgado de un pozo, el proceso debe repetirse con el tiempo ya que
los liquidos vuelven a acumularse, lo cual causa emisiones adicionales de metano.
Los sistemas de bombeo neumatico son una alternativa economica a tanto las
bombas de balancin como al purgado del pozo y pueden reducir significativamente
las perdidas de gas, eliminar o reducir la frecuencia de tratamientos futures del pozo
y mejorar la productividad del pozo. El sistema de bombeo neumatico es una forma
de bombeo intermitente de gas que usa la acumulacion de la presion de gas en la
corona de la tuberia de ademe para empujar el embolo de acero, y la columna de
liquido que esta mas adelante, hacia arriba de la tuberia del pozo hasta la superficie.
El embolo sirve como piston entre el liquido y el gas, lo cual minimiza el retroceso
del liquido, y como raspador de escamas y parafina. El Cuadro 1 representa un
sistema de bombeo neumatico tipico.
El funcionamiento de un sistema de bombeo neumatico se apoya en la acumulacion
natural de presion en el gas del pozo durante el tiempo en que el pozo este cerrado
temporalmente (sin producir). La presion del pozo cerrado temporalmente debe ser
lo suficientemente mas alta que la presion de la linea de venta como para levantar
el embolo y la carga de liquido a la superficie. Un mecanismo de valvula, controlado
por un microprocesador, regula la entrada de gas a la tuberia de ademe y automatiza
el proceso. El controlador normalmente se energiza mediante una bateria recargable
solar y puede ser un sencillo ciclo de cronometro o tener una memoria de estado
solido y funciones programables con base en sensores de proceso.
La operacion de un
sistema de bombeo
neumatico tipico implica
los pasos siguientes:
1. El embolo descansa
en el resorte impulsor
del agujero inferior que
se ubica en la base
del pozo. Conforme se
produce gas en la linea
de ventas, los liquidos
se acumulan en el
agujero del pozo,
creando un aumento
gradual en contrapre-
sion que hace mas
lenta la produccion
de gas.
Cuadro 1: Bombeo neumatico
Lubricante
Salida superior
Valvula
de aguja
Trinquete rf
de embolo
Sensor de llegada
Valvula maestra
Panel solar
Controlador
Recipiente
de goteo
Valvula del motor
Salida inferior
.FLUJO
Tuberfa de ademe
Tuberfa
Fluido
Embolo
Gas
Impulsor del agujero inferior
Valvula del resorte detenido
Nicle de asiento/tope de tuberfa
Valvula de levantamiento de gas
-------
Beneficios
economicos y
para el medio
ambiente
2. Para invertir el descenso de la produccion de gas, el pozo se cierra temporal-
mente en la superficie mediante un controlador automatico. Esto causa
que la presion del pozo aumente conforme un volumen grande de gas a alta
presion se acumula en la corona entre la tuberia de ademe y la tuberia. Una
vez que se obtiene suficiente volumen de gas y presion, el embolo y la carga
de liquido son empujados a la superficie.
3. Conforme se levanta el embolo a la superficie, el gas y los liquidos acumulados
por encima del embolo fluyen a traves de las salidas superior e interior.
4. El embolo llega y queda capturado en el lubricante, situado enfrente de la
salida superior del lubricador.
5. El gas que ha levantado el embolo fluye a traves de la salida inferior a la linea
de ventas.
6. Una vez que se estabiliza el flujo de gas, el controlador automatico libera el
embolo, bajandolo por la tuberia.
7. El ciclo se repite.
Sistemas nuevos de tecnologia de informacion han hecho mas eficiente la vigilancia
y el control del bombeo neumatico. Por ejemplo, las tecnologias como el control de
datos en linea y las comunicaciones satelitales permiten a los operadores controlar
los sistemas de bombeo neumatico a control remoto, sin visitas regulares al campo.
Los operadores visitan solamente los pozos que necesitan atencion, lo cual aumenta
la eficiencia y reduce el costo.
La instalacion de un sistema de bombeo neumatico sirve como una alternativa
economica a las bombas de balancin y el purgado del pozo y rinde beneficios
importantes economicos y ambientales. La extension y el origen de esos beneficios
dependen del sistema de eliminacion de liquidos que este reemplazando el bombeo
neumatico.
* Comparacion entre costos mas bajos de capital y la instalacion del
equipo de bombas de balancin. El costo de instalar y mantener un bombeo
neumatico generalmente son menores que el costo de instalar y mantener el
equipo de bombas de balancin.
* Menos mantenimiento al pozo y menos tratamientos de remedio. Los
costos generales de mantenimiento del pozo se reducen debido a que los
tratamientos periodicos de remedio como el limpiado o el purgado del pozo
se reducen o no se necesitan mas con los sistemas de bombeo neumatico.
* La produccion continua mejora las tasas de produccion de gas y aumenta
la eficiencia. Los sistemas de bombeo neumatico pueden conservar la energia
de levantamiento del pozo y aumentar la produccion de gas. La eliminacion
regular de liquido permite que el pozo produzca gas continuamente y evita la
carga de liquido que detiene periodicamente la produccion de gas o "mata" el
pozo. Con frecuencia, la eliminacion continua de los liquidos causados por las
tasas de produccion diaria de gas es mayor que las tasas de produccion antes
de la instalacion del bombeo neumatico.
-------
Proceso de
decision
* Reduccion de acumulacion de parafina y escamas. En los pozos donde
la acumulacion de parafina o escamas es un problema, la accion mecanica del
embolo subiendo y bajando en la tuberia puede evitar la acumulacion particular
dentro de la tuberia. Por lo tanto, la necesidad de tratamientos quimicos o de
limpieza puede reducirse o eliminarse. Muchos tipos distintos de embolos se
fabrican con "lavadoras oscilantes" para mejorar el desempeno del "tallado".
* Emisiones mas bajas de metano. Eliminando los tratamientos repetitivos
de remedio y los servicios a pozo tambien se reducen las emisiones de metano.
Los participantes de Natural Gas STAR han reportado ahorros anuales de gas
en un promedio de 600 Mcf por pozo al evitar el purgado y un promedio de
30 Mcf al ano eliminando los servicios a pozo.
* Otros beneficios economicos. Al calcular los beneficios economicos del
bombeo neumatico, los ahorros de las emisiones que se evitan son solamente
uno de los muchos factores que deben considerarse en el analisis. Puede
haber ahorros adicionales del valor de lo que se rescata del equipo excedente
de produccion y la reduccion relacionada con los costos de electricidad y
servicios a pozo. Ademas, los pozos que mueven agua continuamente fuera
del agujero del pozo tienen el potencial de producir mas liquido condensado
y petroleo.
Los operadores deben evaluar el bombeo neumatico como una alternativa al
purgado del pozo y al equipo de bomba de balancin. La decision de instalar un
sistema de bombeo neumatico debe tomarse de acuerdo a cada caso. Los partici-
pantes pueden usar el siguiente proceso de decisiones como guia para evaluar la
aplicabilidad y la economia de los sistemas de bombeo neumatico para sus pozos
de produccion de gas.
Paso 1: Determinacion de la
viabilidad tecnica de una instala-
cion de bombeo neumatico. El
bombeo neumatico es aplicable a
los pozos de gas que experimentan
cargado de liquido y tienen suficiente
volumen de gas y presion de cierre
excesiva para levantar los liquidos
del deposito a la superficie. El
Cuadro 2 indica cuatro caracteristicas
comunes de pozos que son buenos
indicadores de la aplicabilidad del
bombeo neumatico. Los vendedores
con frecuencia suministran materiales
impresos designados a ayudar a los
operadores a establecer si un pozo
en particular se beneficiaria con la
instalacion de un sistema de bombeo neumatico. Como ejemplo, un pozo que
tiene 3,000 pies de profundidad, produce hacia una linea de ventas de 100 psig,
tiene una presion de cierre de 150 psig y debe ventilarse a la atmosfera diariamente
Cuatro pasos para la evaluation
de los sistemas de bombeo
neumatico:
1. Determinacion de la viabilidad tecnica
de una instalacion de bombeo
neumatico;
2. Determinacion del costo de un sistema
de bombeo neumatico;
3. Calculo de los ahorros del bombeo
neumatico; y
4. Evaluation de la economia del
bombeo neumatico.
-------
para expulsary tiene un promedio de tres barriles de acumulacion de agua al dia.
Este pozo tiene suficiente excedente de presion de cierre y deberia producir 3,600
scf al dia (400 scf/bbl/1000 pies de profundidad por 3000 pies de profundidad,
por 3 barriles de agua al dia) para justificar el uso del bombeo neumatico.
Cuadro 2: Requisites comunes de las aplicaciones del bombeo neumatico
El purgado de pozos y otras tecnicas de elimination de liquidos son necesarios para
mantener la production.
Los pozos deben producir por lo menos 400 scf de gas por barril de liquido por 1,000
pies de profundidad.
Los pozos con presion de cierre de la cabeza del pozo que es mayor de 1.5 veces la
presion de la linea de ventas.
Los pozos con acumulacion de escamas y parafina.
Paso 2: Determinacion del costo de un sistema de bombeo neumatico. Los
costos relacionados con el bombeo neumatico incluyen el capital, los gastos de
establecimiento y mano de obra para comprar e instalar el equipo, asi como el
costo continue para operar y mantener el sistema. Estos costos incluyen:
* Costos de capital, instalacion y puesta en marcha. El costo de la instalacion
basica del bombeo neumatico es aproximadamente de $1,500 a $6,000. En
contraste, la instalacion del equipo de bombeo de superficie, tal como las bom-
bas de balancin, cuesta entre $20,000 y $40,000. El costo de la instalacion del
bombeo neumatico incluye la instalacion de la tuberia, las valvulas, el controlador
y el suministro de energia en la cabeza del pozo y establecer el ensamble del
impulsor del embolo del agujero suponiendo que la tuberia del pozo este abierta
y libre. La variable mas grande en el costo de instalacion es colocar una linea
de cable para evaluar la tuberia (verificar si existen obstrucciones internas) y
probar un embolo de arriba abajo (apertura) para garantizar que el embolo se
mueva libremente para arriba y para abajo en la tuberia. Otros costos de la
puesta en marcha pueden incluir la medicion de la profundidad del pozo, la
limpieza para eliminar los liquidos del agujero del pozo, la acidizacion para
eliminar las escamas minerales y limpiar las perforaciones, extraer los desechos
del pozo y otras operaciones miscelaneas de limpieza del pozo. Estos costos
adicionales iniciales pueden fluctuar de $500 a mas de $2000.
Los operadores que esten considerando la instalacion de bombeo neumatico
deben saber que el sistema requiere una linea de tuberia continua con un
diametro interne constante en buenas condiciones. El reemplazo de la linea
de tuberia, de ser necesario, puede anadir varies miles de dolares mas al
costo de instalacion, dependiendo de la profundidad del pozo.
* Costos de operacion. El mantenimiento del bombeo neumatico requiere la
inspeccion de rutina del lubricante y el embolo. Por lo general, estos articulos
necesitan reemplazarse cada 6 a 12 meses, a un costo aproximado de $500
a $1,000 al ano. Los demas componentes del sistema se inspeccionan
anualmente.
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Paso 3: Calculo de los ahorros del bombeo neumatico. Los ahorros relacionados
con el bombeo neumatico incluyen:
* El ingreso derivado del aumento de la produccion;
* El ingreso derivado de las emisiones que se evitan;
* Los costos adicionales que se evitan - costos de tratamiento al pozo,
reduccion del costo de electricidad, costos de servicios a pozo y
* El valor de lo que puede rescatarse.
Ingreso derivado del aumento de la produccion
El beneficio mas importante de las instalaciones de bombeo neumatico es el
aumento que causa en la produccion de gas. Durante el proceso de decision, el
aumento en la produccion no puede medirse directamente y tiene que calcularse.
La metodologia para calcular este aumento esperado de produccion varia depen-
diendo del estado del pozo. La metodologia para los pozos continues o que no
estan en decadencia es relativamente sencilla. En contraste, la metodologia para
calcular la produccion incremental de los pozos en decadencia es mas compleja.
* Calculo del incremento en la produccion de gas en los pozos que no
estan en decadencia. El incremento en la produccion de gas por la instalacion
de bombeo neumatico puede calcularse suponiendo que la tasa de produccion
maxima promedio que se logra despues del purgado esta cerca a la tasa poten-
cial de produccion maxima del pozo con el liquido extraido. Puede usarse un
registro del pozo, como el que se ilustra en el Cuadro 3 para calcular el
aumento potencial de produccion.
Cuadro 3: Incremento de produccion en los pozos que
100,000
10,000
5
5
1,000
100
no estan en decadencia
Production Control Services
Spiro Formacion del pozo 9N-27E
Pn~ir|unrinn del POZO nuuuuuiun
•
continua potencial
^l sin bombeo neumatico - con bombeo neumatico
HI
I / \ |i\ — (-1— J
\ 4=M
\
II V \ I
_|_U — L
— HI — y —
i
ii i
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996
TIEMPO
Purgado del pozo Aumento potencial de produccion
continua con bombeo neumatico
-------
En este cuadro, la linea solida muestra la tasa de produccion del pozo gradualmente,
despues disminuye abruptamente conforme se acumula el liquido en la tuberia.
La produccion se restaura ventilando el pozo a la atmosfera, pero vuelve a disminuir
con la reacumulacion de liquidos. Note que la escala de tasa de produccion, en
miles de pies cubicos al mes, es una escala de registro. La linea punteada muestra
la tasa de produccion maxima promedio despues de descargar los liquidos. Esto se
supone que es igual a la tasa potencial de produccion maxima que podria lograrse
con el sistema de bombeo neumatico, tipicamente por lo menos 80 por ciento de
la tasa de produccion maxima despues del purgado. El area oscurecida entre la
produccion potencial (linea punteada) y la produccion real del pozo (linea solida)
representa el calculo del aumento incremental de la produccion de gas que
puede lograrse con un sistema de bombeo neumatico.
* Calculo del incremento de la produccion en los pozos en decadencia o
en situaciones en las cuales se desconoce el nivel maximo de produccion
despues del purgado. Los pozos que estan en decadencia o se operan
sin purgar periodicamente requieren metodos mas detallados de calculo del
aumento de la produccion bajo los sistemas de bombeo neumatico. Las
instalaciones de bombeo neumatico en los pozos en decadencia, por ejemplo,
requeriran la generacion de una curva mejorada de decadencia a causa de
la presion reducida en las perforaciones. Los operadores deben buscar la
ayuda de un ingeniero de depositos para auxiliar estas determinaciones
(vea el Apendice).
Una vez que se calcula el aumento de la produccion de una instalacion de bombeo
neumatico, los operadores pueden calcular el valor del aumento de gas y calcular
los aspectos economicos de la instalacion de bombeo neumatico. El Cuadro 4
presenta un ejemplo de los rendimientos financieros potenciales en diferentes niveles
de aumento de la produccion de gas. Es importante reconocer que los costos y las
condiciones locales pueden variar. Observe tambien que el ejemplo del Cuadro 4 no
toma en cuenta otros beneficios financieros del proyecto de instalacion de bombeo
neumatico, como las emisiones que se evitan y la reduccion del costo de electricidad
y tratamientos quimicos, los cuales se describen mas adelante en esta Leccion
Aprendida. La consideracion a estos beneficios adicionales podria mejorar el
excelente rendimiento financiero que ya existe con la instalacion de bombeo
neumatico.
-------
Cuadro 4: Ejemplo del rendimiento financiero calculado en varios niveles de
aumento de gas en la production de gas de una instalacion de bombeo neumatico
Incremento de
production
de gas (Mcfd)
3
5
10
15
20
25
30
Plazo de
recuperation de la
inversion (meses)
28
16
8
5
4
3
3
Tasa interna de
rendimiento (%)
38
69
144
219
294
369
444
Rendimiento de
la inversion (%)
350
580
1,150
1,730
2,310
2,880
3,460
Suposiciones:
Valor del gas $3.00/Mcf.
Costo del sistema de bombeo neumatico $6,000 incluyendo el costo de la puesta en marcha.
Gasto de operacion alquilada $600/mes.
Reduction de production de 6%/ano.
Tasa de descuento de 15%.
Fuente: Production Control Services, Inc.
Rendimiento de las emisiones que se evitan
La cantidad de emisiones de gas natural reducidas despues de la instalacion del
bombeo neumatico variaran grandemente en cada pozo, de acuerdo con el pozo
individual y las caracteristicas del deposito como la presion de la linea de ventas,
la presion de cierre del pozo, la tasa de acumulacion de liquidos y las dimensiones
del pozo (profundidad, diametro del ademe, diametro de la tuberia). Sin embargo,
la variable mas importante es la practica de operacion normal de ventilar los pozos.
Algunos operadores colocan pozos en cronometros automaticos de ventilacion,
mientras que otros ventilan los pozos manualmente con el operador presente para
vigilar el ventilado, y otros abren la ventila del pozo y se van, volviendo horas o dias
despues, dependiendo de cuanto tiempo tarda por lo general para que el pozo
elimine los liquidos. Por lo tanto, los beneficios economicos de las emisiones que
se evitan tambien variaran considerablemente. Esta amplia variabilidad significa que
algunos proyectos tendran periodos de recuperacion de la inversion mucho mas
cortos que otros. Aunque la mayoria de las instalaciones de bombeo neumatico se
justificara solamente con el aumento en la tasa de produccion de gas, la reduccion
de las emisiones de gas metano puede ofrecer una corriente de reserva adicional.
* Emisiones evitadas cuando se reemplaza el purgado. En los pozos donde
se instalan sistemas de bombeo neumatico, pueden reducirse las emisiones del
purgado del pozo. Las emisiones de purgado varian ampliamente en frecuencia
y en tasa de flujo y son completamente especificas al pozo y al deposito. Las
emisiones que se atribuyen a las actividades de purgado se han reportado de
1 Mcf al ano hasta miles de Mcf al ano por cada pozo. Por lo tanto, los ahorros
que se atribuyen a las emisiones que se evitan variaran grandemente de acuerdo
con los datos del pozo que recibe reparacion general en particular.
-------
El rendimiento de las emisiones que se evitan puede calcularse multiplicando el valor
del mercado del gas por el volumen de las emisiones que se evitan. Si las emisiones
del pozo por purgado no se han medido, entonces deben calcularse. En el ejemplo
a continuacion, la cantidad de gas que se ventila de un pozo de gas a baja presion
en cada purgado se calcula que es 0.5625 veces la tasa sostenida de flujo de gas.
Este factor de emision supone que el flujo promedio integrado en el periodo de
purgado es 56.25 por ciento de flujo completo del pozo. Usando esta suposicion,
el Cuadro 6 demuestra que para un pozo descargado que produce 100 Mcf al dia,
el gas ventilado a la atmosfera puede calcularse en 2 Mcf por hora de purgado.
Cuadro 5: Ejemplo: Calculo de las emisiones que se evitan con el purgado
Las emisiones que se evitaron por hora de purgado = (0.56251 x tasa de flujo sostenido diario)
-f- 24 horas/dia
Emisiones que se evitan2 = (0.5625 x 100 Mcfd) -f- 24
= 2 Mcf por hora de purgado
Valor anual de las emisiones que se evitan3 = 2 Mcf x 12 x$3.00/Mcf
= $72 al ano
1 El factor recomendado de emisiones de metano reportado en el estudio conjunto de
GRI/EPA, Methane Emissions From the Natural Gas Industry, Volume 7: Blow and Purge
Activities (junio de 1995). El estudio calculo que al principio de un evento de purgado, el
flujo de gas se restringe por los liquidos del pozo hasta un 25 por ciento del flujo completo.
Para el final del evento de purgado, el flujo de gas vuelve al 100 por ciento. El flujo integrado
promedio durante el periodo de purgado es 56.25 por ciento del flujo completo del pozo.
2 Suponiendo que hay una tasa de production diaria de 100 Mcfd.
3 Suponiendo 1 purgado al mes que dure 1 hora.
Este metodo es facil de usar, pero las pruebas anecdoticas sugieren que produce
calculos demasiado bajos de emisiones de metano que se evitan. Como metodo
alternative para calcular las emisiones que se evitan mediante el purgado, vea el
Apendice.
Dado el alto grado de variabilidad en las emisiones de acuerdo con las caracteristicas
especificas del pozo y el deposito, la medicion es el metodo preferido para determinar
las emisiones que se evitan. La medicion de campo puede proporcionar los datos
necesarios para determinar con precision los ahorros atribuibles a las emisiones
que se evitaron.
* Emisiones evitadas cuando se reemplazan bombas de balanci'n. En
casos donde el bombeo neumatico reemplaza bombas de balancin en lugar de
purgados, las emisiones se evitaran debido a la reduccion de servicios a pozo
de reparaciones mecanicas, perforaciones para eliminar desechos y limpiezas,
para eliminar las escamas minerales y los depositos de parafina del vastago
del embolo. Las emisiones promedios que se relacionan con los servicios a
pozo han sido reportadas como aproximadamente 2 Mcf por reoperacion, la
-------
frecuencia de los servicios a pozo se ha reportado con una fluctuacion de
1 a 15 al ano. Debido a las caracteristicas especificas del pozo como el flujo
durante la reoperacion, la duracion y la frecuencia de la reoperacion, las
emisiones que se evitan pueden variar mucho.
Costos que se evitan y beneficios adicionales
Los costos que se evitan dependen del tipo de sistemas de eliminacion de
agua que se encuentren en vigor en la actualidad, pero puede incluir el evitar el
tratamiento del pozo, la reduccion del costo de electricidad y el costo de tener
menos servicios a pozo. Los costos de los tratamientos evitados del pozo se aplican
cuando el bombeo neumatico reemplaza el bombeo de balancin u otras tecnicas
de remedio como el purgado, la limpieza o el enjabonado. Los costos reducidos
de electricidad, la reduccion de servicios a pozo y el valor de lo que puede
rescatarse solamente son aplicables si el bombeo neumatico reemplaza el
bombeo de balancin.
* Costo de tratamientos que se evitan en el pozo. El costo de tratamientos
del pozo incluyen los tratamientos quimicos, las limpiezas microbianas y la
eliminacion de varillas y tallado del agujero del pozo. La informacion de pozos
poco profundos de 1,500 pies muestra el costo de remedio de pozos incluyendo
la remocion de varillas y la rehabilitacion de la tuberia como mas de $11,000
por pozo. El costo de los tratamientos quimicos (inhibidores, solventes, disper-
santes, liquidos calientes, modificadores de cristales y agentes tensioactivos)
se reportan en los materiales impresos a un minimo de $10,000 por pozo al
ano. Se ha demostrado que el costo del tratamiento microbiano para reducir
la parafina es de $5,000 por pozo al ano (note que los tratamientos microbianos
no solucionan el problema de la entrada de liquido). Cada costo de estos
tratamientos aumenta la gravedad de las escamas o los aumentos de parafina,
y conforme aumenta la profundidad del pozo.
* Costo reducido de electricidad en comparacion con el bombeo de
balancin. Los costos operatives reducidos de electricidad aumentan mas
el rendimiento economico del bombeo neumatico. No se asocian costos
electricos con el bombeo neumatico, debido a que la mayoria de los controla-
dores son de energia solar con bateria de respaldo. El Cuadro 6 presenta una
gama de costos evitados de electricidad reportados por operadores que han
instalado bombeo neumatico. Suponiendo que haya 365 dias de operacion,
la gama de costos de electricidad que se evito fue de $1,000 a $7,300 al ano.
Cuadro 6: Costo de electricidad1 que se evito usando el bombeo
neumatico en lugar del bombeo de balancin
Tamano del motor (BHP)
Costo de operacion ($/dfa)
10
20
30
40
50
60
3
7
10
13
17
20
1 El costo de electricidad supone el 50 por ciento de carga completa, funcionando el 50 por
ciento del tiempo, conun costo de 7.5 centavos/kWh.
10
-------
Costo reducido del servicio a pozo en comparacion con el bombeo de
balanci'n. El costo de servicios a pozo relacionadas con el bombeo de balancin
se ha reportado como $1,000 al dia. Aunque los servicios a pozo tipicas pueden
tardar un dia, los pozos con mas de 8,000 pies de profundidad requeriran mas
de un dia de servicios a pozo. Dependiendo del pozo, pueden requerirse de 1 a
15 servicios a pozo al ano. Estos costos se evitan usando el bombeo neumatico.
El valor de producto rescatado cuando se remplaza el bombeo de
balanci'n. Si el embolo instalado reemplaza el bombeo de balancin, se logra
ingreso adicional y un mejor rendimiento economico del valor del producto
rescatado del equipo de la vieja produccion. El Cuadro 7 muestra el valor del
producto rescatado que puede obtenerse vendiendo las unidades de bombeo
excedentes. En algunos casos, las ventas del producto rescatado pueden
pagar la instalacion del bombeo neumatico.
Cuadro 7: Valor del producto rescatado1 del equipo legado cuando se
convierte de operaciones con bombeo de balancin a bombeo neumatico
Ahorros de capital del
Tamano de la unidad de bombeo
(torsion pulg.-lbs)
114,000
160,000
228,000
320,000
456,000
640,000
1 Costo de rescates incluyendo el calculo bajo del
el motor electrico y Ifnea de varilla.
equipo rescatado
Valor del equipo rescatado
($)
9,500
13,000
16,500
21,000
26,500
32,000
valor de venta de la unidad de bombeo,
11
-------
Paso 4: Evaluacion de la economfa del bombeo neumatico. Puede usarse
un analisis basico de flujo de efectivo para comparar el costo y los beneficios del
bombeo neumatico con otras opciones de eliminacion de liquidos. El Cuadro 8
muestra un resumen del costo relacionado con cada opcion.
Cuadro 8: Comparacion del costo del bombeo neumatico con otras opciones
Categoria de costo
Bombeo
neumatico
Bombeo de balancm
tradicional
Tratamiento
de remedio1
Costos de capital e iniciales $1,500-$6,000
Costos de implementation:
Mantenimiento2 $1,000/ano
Tratamiento del pozo3 $0
Electricidad4 $0
Rescatado $0
$20,000 - $40,000
$1,000-$15,000/ano
$10,000+
$1,000-$7,300/ano
($9,000-$32,000)
$10,000+
11ncluye enjabonado, limpiado y purgado.
2 Para el mantenimiento traditional del bombeo de balancm el costo incluye los servicios a
pozo y supone 1 a 15 servicios a pozo al ano a $1,000 cada reoperacion.
3 El costo puede variar dependiendo del tipo de liquido.
4 El costo de electricidad porel bombeo neumatico supone que el embolo es solar y el pozo
tiene energfa.
12
-------
Aspectos economicos de reemplazar el bombeo de balanci'n con bombeo
neumatico. En el Cuadro 9 los datos del Cuadro 8 se usan como modelo en
un pozo hipotetico de 100 Mcfd y para evaluar los aspectos economicos de la
instalacion del bombeo neumatico. El aumento en produccion es de 20 Mcf al
dia, lo que rinde un aumento anual de la produccion de 7,300 Mcf. Suponiendo
que se realiza una reoperacion al ano antes de la instalacion, el cambio al
bombeo neumatico tambien provee 2 Mcf de emisiones que se evitan al ano.
El proyecto se beneficia grandemente del valor de lo rescatado del equipo de
bombeo de balancin excedente, lo que rinde una recuperacion inmediata de la
inversion. Incluso si el valor de lo rescatado no se recupera, el proyecto puede
rendir la recuperacion de la inversion en unos cuantos meses dependiendo de
la productividad del pozo.
Cuadro 9: Analisis economico del reemplazo con bombeo
neumatico de un bombeo de balancin
AiioO Ano1 Ano 2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
El valor del gas de la $21,906 $21,906 $21,906 $21,906 $21,906
produccion aumentada
y las emisiones evitadas1
Equipo de bombeo ($6,000)
neumatico y costo de
la puesta en marcha
Mantenimiento del ($1,000) ($1,000) ($1,000) ($1,000) ($1,000)
bombeo neumatico
Costo de electricidad al ano $0 $0 $0 $0 $0 $0
Valor de rescate del $16,500
equipo de bombeo
de balancin
Mantenimiento que se $1,000 $1,000 $1,000 $1,000 $1,000
evita del mantenimiento
del bombeo de balancin
(1 reoperacion/ano)
Costos de electricidad del $1,000 $1,000 $1,000 $1,000 $1,000
bombeo de balancin que
se evitan (motor de 10 HP)
Tratamientos quimicos $10,000 $10,000 $10,000 $10,000 $10,000
que se evitan
Entrada neta de efectivo $10,500 $32,906 $32,906 $32,906 $32,906 $32,906
NPV (Valor neto presente)2 = $122,945
Plazo de recuperacion de inversion = inmediato
1 Valor del gas a $3.00 por Mcf para 7,300 Mcf debido al aumento de produccion y 2 Mcf
de las emisiones que se evitaron por evento (de acuerdo con una reoperacion al ano).
2 Valor neto presente de acuerdo con la tasa de descuento de 10 por ciento durante 5 anos.
13
-------
* Aspectos economicos de evitar el purgado con bombeo neumatico
El Cuadro 10 usa datos del Cuadro 8 para evaluar los aspectos economicos
de un pozo hipotetico de 100 Mcfd en el cual se instala bombeo neumatico
para reemplazar el purgado como metodo para eliminar el liquido del pozo.
Suponiendo que la produccion aumentada sea 20 Mcf al dia, el aumento anual
de la produccion sera 7,300 Mcf. Ademas, habra ahorros de las emisiones que
se evitan durante el purgado. Suponiendo 12 purgados al ano de una hora,
las emisiones que se evitan son 24 Mcf al ano.
Cuadro 10: Analisis economico de reemplazar con bombeo neumatico el purgado
AiioO Ano1 Ano 2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
El valor del gas de la
produccion aumentada
y las emisiones evitadas1
Equipo de bombeo ($6,000)
neumatico y costo de
la puesta en marcha
Mantenimiento del
bombeo neumatico
Costo de electricidad al ano $0
$21,972 $21,972 $21,972 $21,972 $21,972
($1,000) ($1,000) ($1,000) ($1,000) ($1,000)
Tratamientos quimicos
que se evitan
$10,000 $10,000 $10,000 $10,000 $10,000
Entrada neta de efectivo ($6,000) $30,972 $30,972 $30,972 $30,972 $30,972
NPV (Valor neto presente)2 = $101,280
Plazo de recuperacion de la inversion = < 6 meses
1 Valor del gas a $3.00 por Mcf para 7,300 Mcf debido al aumento de produccion y 24 Mcf
de las emisiones que se evitaron por evento (de acuerdo con 12 servicios a pozo al ano y
2 Mcf por purgado).
2 Valor neto presente de acuerdo con la tasa de descuento de 10 por ciento durante 5 anos.
Estudio de casos
Amoco Midland Farm Field
Amoco Corporation, un participante contratado de Natural Gas STAR (ahora parte
de BP), documento su exito al reemplazar el bombeo de balancin, el equipo de
produccion del pozo con bomba de varilla con bombas neumaticas en su campo
Midland Farm. Antes de instalar los sistemas de bombeo neumaticos, Amoco usaba
instalaciones de bombeo de balancin con cuerdas de varillas de fibra de vidrio.
El equipo elevador eran principalmente unidades de bombeo de 640 pulg.-lb.
mediante motores de 60 HP. El personal de operaciones noto que los pozos del
campo tenian problemas con parafina que recubria el agujero del pozo y los vasta-
gos de los embolos, lo cual bloqueaba el flujo e interferia con el movimiento del
vastago de fibra de vidrio. El bombeo neumatico se vio como una posible solucion
para inhibir la acumulacion de parafina en el agujero del pozo.
Amoco comenzo el programa de reemplazo de bombeo neumatico con un proyecto
de un solo pozo piloto. De acuerdo con el exito de este esfuerzo inicial, Amoco
expandio el proceso de reemplazo al campo entero. Como resultado del exito
del campo Midland Farm, Amoco instalo 190 unidades de bombeo neumatico en
Denver City y Sundown, ubicaciones en Texas, reemplazando otras aplicaciones
de bombeo de balancin.
14
-------
Costo y beneficios
Amoco calculo que el costo de la instalacion de sistemas de bombeo neumatico
incluyendo el equipo neumatico y los costos de conversion de la tuberia serian un
promedio de $10,000 por pozo (los costos pilotos iniciales fueron mas altos que el
promedio durante la fase de aprendizaje, y el costo de la conversion de la tuberia
se incluyo).
Despues Amoco calculo los ahorros que se obtenian de los costos que se evitaban
en tres areas: electricidad, servicios a pozo y tratamientos quimicos. En general,
Amoco calculo que los costos que se evitaban en electricidad, servicios a pozo
y control de parafina promediaban $20,000 por pozo al ano.
* Electricidad. Los ahorros de costo se calcularon de acuerdo con 50 por ciento
de veces de operacion. Usando el costo del Cuadro 6, los ahorros de costo
electrico calculados fueron aproximadamente de $20 al dia.
* Servicios a pozo. En promedio, Amoco tuvo una reoperacion al ano por
pozo para reparar piezas del embolo. Con los viejos sistemas de bombeo
de balancin, el costo de esta operacion era de $3,000 dando un promedio
de $8 al dia.
* Tratamiento qufmico. Los ahorros mayores se lograron de los tratamientos
quimicos que se evitaron. Amoco pudo ahorrar aproximadamente $10,000
por pozo al ano en control de parafina ya que la operacion neumatica elimino
la acumulacion de parafina en la tuberia.
Aumento de la production de gas e ingreso
Para la instalacion inicial del bombeo neumatico, Amoco logro un aumento en la
produccion de gas de mas de 400 Mcf al dia. Una vez que se extendio la instalacion
del bombeo neumatico al campo entero, la compania logro un exito notable en
muchos pozos, aunque algunos mostraron poco o nada de aumento de produccion
durante el periodo de evaluacion de 30 dias. El aumento total de la produccion
(incluyendo tanto la produccion aumentaday el ahorro del gas no emitido) en todos
los pozos en donde se instalo el bombeo neumatico fue de 1,348 Mcf al dia. Los
ahorros de gas anuales promedio, los cuales suponen una reduccion del 6 por
ciento en la produccion, fue de 11,274 Mcf por pozo o aproximadamente $33,822
por pozo. El Cuadro 11 y el Cuadro 12 resumen los resultados iniciales y los aspectos
economicos del primer ano de la instalacion de bombeo neumatico en el campo
Midland Farm de Amoco. Ademas de los ahorros de gas y de costo de las instala-
ciones de bombeo neumatico, Amoco logro una ganancia individual de la venta
de las unidades de bombeo y los motores excedentes, lo cual causo un ingreso
adicional de $32,000 por instalacion.
Analisis
A continuacion se proporciona un resumen del costo y los beneficios relacionados
con el programa de instalacion de bombeo neumatico de Amoco en el Cuadro 12.
En el primer ano de operacion, la compania logro un promedio de ahorros anuales
de aproximadamente $44,700 por pozo. Ademas la compania logro aproximada-
mente $32,000 por pozo por el equipo de bombeo de balancin excedente.
15
-------
Cuadro 11: Cambio de las tasas de production debido a la instalacion
del bombeo neumatico en el campo Midland Farm de Texas
'Pozo #
Production antes del
bombeo neumatico
Production 30 dias
despues de la instalacion
Gas Petroleo Agua Gas Petroleo
(Mcfd) (Bpd) (Bpd) (Mcfd) (Bpd)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Promedio
1 Todos los pozos
Fuente: World Oil,
233
280
240
180
250
95
125
55
120
160
180
215
122
88
167
6
15
13
12
5
8
13
6
45
16
7
15
8
5
12
aproximadamente de 11
noviembre de 1995
1
1
2
2
2
2
1
1
6
3
12
4
8
10
4
400
676
345
531
180
500
75
125
55
175
334
80
388
124
23
258
pies de profundidad.
5
15
33
16
5
12
14
13
40
17
6
21
12
9
16
Agua
(Bpd)
1
1
11
3
2
0
0
2
0
3
6
2
7
1
3
Cuadro 12: Aspectos economicos de Amoco del reemplazo de bombeo de
balancm con bombeo neumatico
Ahorros
anuales
promedio
de gas1
(Mcf/aiio)
11,274
Valor
del
ahorro
degas
al afio2
$33,822
Costo de la
instalacion
del bombeo
neumatico
por pozo
$10,000
Costo de
las reopera-
ciones de
la varilla
quese
evitaron por
pozo al afio
$3,000
Tratamientos
qufmicos
quese
evitaron
por pozo
al aiio
$10,000
Costos
electricos
quese
evitaron
por pozo
aldfa
$20
Ahorros
promedio
por pozo3
$44,700
Valor
adicional
del equipo
rescatado del
bombeo de
balancm
por pozo
$32,000
1 Production inicial promedio de gas = 1,348 Mcfd. Supone una disminucion en la
production del 6 por ciento anual.
2 Valor del gas a $3.00 por Mcf.
3 El valor que se ahorro se promedia entre 14 pozos.
Campo Big Piney de Mobil
En el campo Big Piney en Wyoming, el participate contratado de Natural Gas STAR
Mobil Oil Corporation (ahora parte de Exxon) ha instalado sistemas de bombeo
neumatico en 19 pozos. Los primeros dos bombeos neumaticos se instalaron en
1995, y los pozos restantes se equiparon en 1997. Gracias a estas instalaciones,
16
-------
Mobil redujo las emisiones de gas generales por purgados en 12,166 Mcf al ano.
Ademas de la reduccion de emisiones de metano, el sistema de bombeo neumatico
redujo la ventilacion de etano (6 por ciento por volumen), hidrocarburos C3 + VOC
[componentes organicos volatiles] (5 por ciento) e inertes (2 por ciento). El Cuadro
13 muestra reducciones de emisiones en cada pozo despues de la instalacion del
bombeo neumatico.
Cuadro
Pozo#
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Total
13: Programa de bombeo
Volumen de
emisiones antes del
bombeo neumatico
(Mcf/ano/pozo)
1,456
581
1,959
924
105
263
713
453
333
765
1,442
1,175
694
1,416
1,132
1,940
731
246
594
17,224
neumatico en el campo
Volumen de
emisiones despues del
bombeo neumatico
(Mcf/ano/pozo)
0
0
318
0
24
95
80
0
0
217
129
991
215
1,259
708
561
461
0
0
5,058
Big Piney, Wyoming
Reducciones
anuales
(Mcf/ano/pozo)
1,456
581
1,641
924
81
168
633
753
333
548
1,313
184
479
157
424
1,379
270
246
594
12,166
Consejos de instalacion
Las sugerencias siguientes pueden ayudar a garantizar la instalacion sin problemas
de un sistema de bombeo neumatico:
* No use un obturador de completacion, porque este limita la cantidad de
produccion de gas por viaje del embolo. Sin un obturador de completacion,
el espacio anual entero vacio esta disponible para crear un gran suministro de
gas comprimido. Mientras mas grande el volumen de gas, mas grande sera
el volumen de agua que puede bombearse.
17
-------
Lecciones
aprendidas
* Verifique si existen obstrucciones de la tuben'a con un anillo calibrador
antes de la instalacion. Las obstrucciones de la tuberia dificultan el movi-
miento del embolo y podria requerir el reemplazo de la tuberia de produccion.
* Capture el embolo antes del primer viaje. La inspeccion del embolo para
comprobar que no haya dafios, arena ni escamas ayudara a evitar cualquier
dificultad posterior operativa del bombeo, lo que permitira la reparacion inme-
diata operativa mientras que la cuadrilla y el equipo de instalacion se moviliza.
Los sistemas de bombeo neumatico ofrecen varias ventajas sobre los otros trata-
mientos de remedio para eliminar liquidos de deposito de los pozos: el aumento de
las ventas de gas, aumento de la vida del pozo, la reduccion del mantenimiento del
pozo y la disminucion de las emisiones de metano. Lo siguiente debe considerarse
cuando se instale un sistema de bombeo neumatico:
* Las instalaciones de bombeo neumatico pueden ofrecer la recuperacion
rapida de la inversion y un rendimiento mas alto en las inversiones ya sea
que reemplace el bombeo de balancin o purgados.
* Las instalaciones de bombeo neumatico puede reducir grandemente la
cantidad de trabajo de remedio que se necesita a lo largo de la vida del
pozo y la cantidad de metano que se ventila a la atmosfera.
* El analisis de aspectos economicos de la instalacion de bombeo neumatico
debe incluir el refuerzo en aumento de productividad asi como la extension
relacionada con la vida del pozo.
* Incluso cuando la presion del pozo disminuye mas de lo que es necesario para
levantar el embolo y los liquidos contra la contrapresion de la linea de ventas,
un embolo es mas eficiente para eliminar liquidos con el pozo ventilado a la
atmosfera que simplemente purgando el pozo sin el bombeo neumatico.
* Incluya las reducciones de emisiones de metano con la instalacion de los
sistemas de bombeo neumatico en los informes anuales presentados como
parte del Programa Natural Gas STAR.
Nota: La informacion de costo provista en este documento se basa en calculos
para Estados Unidos. Los costos de equipo, mano de obra y el valor del gas
variaran dependiendo del lugar, y podrian ser mayores o menores que en los
Estados Unidos. La informacion sobre costo presentada en este documento
solamente debe usarse como guia al determinar si las tecnologias y las
practicas son convenientes economicamente para sus operaciones.
18
-------
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Wellco Service Corporation, contacto personal.
20
-------
Calculo del aumento de production en los pozos en decadencia.
Apendice
Del articulo Dake's Fundamentals of Reservoir Engineering (1982) podemos usar
la siguiente ecuacion para calcular el aumento del flujo del agujero del pozo para la
reduccion de presion que puede verse cuando se usa el bombeo neumatico. Una
ecuacion de estado semiestable pude expresarse de esta manera:
m(ppromedio)-m(Pwf)=[(1422 x Q x T)/(k x h)] x [ln(re/rw)-3/4+S)] x (8.15)
En donde,
m(pavg) = promedio de seudopresion de gas real
m(pwf) = flujo del pozo de seudopresion de gas real
Q = tasa de produccion de gas
T = temperatura absoluta
k = permeabilidad
h = altura de la formacion
re = radio externo del limite
rw = radio del agujero del pozo
S = factor de revestimiento mecanico
Despues de reunirse los parametros del deposito, esta ecuacion puede resolverse
para la Q para el flujo retrasado de liquidos en el agujero (curva de las condiciones
actuales y la disminucion actual). Esto es una directriz, y se recuerda a los opera-
dores que deben usar a un ingeniero de depositos para que ayuden con esta
determinacion.
21
-------
Tecnica alternativa para calcular las emisiones que se evitan cuando se
reemplazan los purgados.
Puede realizarse un calculo conservador de los volumenes de ventilacion de un
pozo usando la ecuacion siguiente:
Volumen de ventilacion anual, Mscf/ano = (0.37 x 106) x (diametro del ademe)2 x
Profundidad del pozo x presion de cierre x ventilaciones anuales
En donde el diametro del ademe esta en pulgadas, la profundidad del pozo
esta en pies y la presion de cierre esta en psig. El Cuadro A1 muestra un
calculo de ejemplo.
Cuadro A1: Ejemplo: Calculo de las emisiones que se evitan con el purgado
Diametro del ademe
Profundidad del pozo
Presion de cierre
Ventilaciones anuales
8 pulgadas
10,000 pies
214.7 psig
52 (ventilaciones semanales)
Volumen anual de ventilacion = (0.37 x 106) x 82 x 10,000 x 214.7 x 52 = 2,644 Mscf/ano
Este es el volumen minimo de gas que se ventilaria a presion atmosferica de un
pozo que ha dejado de fluir a la linea de ventas debido a que se ha acumulado
una cabeza del liquido en la tuberia que es igual a la diferencia de presion entre la
presion de la linea de ventas y la presion de cierre. Si la presion de cierre es mas
de 1.5 veces la presion de la linea de ventas, segun se requiere en la instalacion de
bombeo neumatico en el Cuadro 2, entonces el volumen de gas en el ademe del
pozo a presion de cierre debe ser suficientemente minima para empujar el liquido
a la superficie en flujo lento cuando la contrapresion se reduce a cero psig. Los
participantes pueden calcular el tiempo minimo de ventilacion del pozo usando
este volumen y la formula de flujo de gas de Weymouth (hecha para diametros,
longitudes y bajas de presion comunes de tubos en las Tablas 3, 4 y 5 en el
Manual de Reglas Generales de Tuberia (Pipeline Rules of Thumb Handbook),
cuarta edicion, paginas 283 y 284). Si la practica y experiencia del participante es
ventilar los pozos por mas tiempo que el calculado mediante estos metodos, puede
aumentarse el Volumen de Ventilacion Anual conservative con una simple proporcion
de veces reales de ventilacion y el tiempo de ventilacion minima calculado usando
la ecuacion de Weymouth.
22
-------
dEPA
Agenda de Proteccion del Medi
Ambiente de los Estados Unidos
Aire y Radiacion (6202J)
1200 Pennsylvania Ave., NW
Washington, DC 20460
EPA430-B-03-005S
------- |