Un elevador de gas o bomba de burbujas es un tipo de bomba que puede elevar fluido entre elevaciones mediante la introducción de burbujas de gas en un tubo de salida vertical; a medida que las burbujas suben dentro del tubo, provocan una caída en la presión hidrostática detrás de ellas, lo que hace que el fluido sea subido. Los elevadores de gas se utilizan comúnmente como elevadores artificiales para agua o petróleo , utilizando aire comprimido o vapor de agua .
Los elevadores de gas se han utilizado para una variedad de aplicaciones:
En Estados Unidos, el gas lifting se utiliza en el 10% de los pozos petrolíferos que no tienen suficiente presión de yacimiento para producir el pozo. En la industria petrolera, el proceso implica inyectar gas a través del espacio anular de la tubería de revestimiento . El gas inyectado airea el fluido para reducir su densidad ; la presión de formación puede entonces levantar la columna de petróleo y obligar al fluido a salir del pozo. El gas puede inyectarse de forma continua o intermitente, dependiendo de las características de producción del pozo y de la disposición del equipo de gas lifting. [1]
La cantidad de gas que se debe inyectar para maximizar la producción de petróleo varía según las condiciones y la geometría del pozo. Si se inyecta demasiado o muy poco gas, la producción será inferior a la máxima. Generalmente, la cantidad óptima de gas inyectado se determina mediante pruebas de pozo, en las que se varía la tasa de inyección y se mide la producción de líquido (petróleo y quizás agua). Alternativamente, se pueden utilizar modelos matemáticos para estimar la tasa óptima de inyección de gas. Estos modelos ofrecen un beneficio económico significativo, ya que permiten simular el rendimiento de un pozo real o planificado de extracción por gas mediante el uso de una réplica digital del pozo. [2]
Aunque el gas se recupera del petróleo en una etapa de separación posterior, el proceso requiere energía para impulsar un compresor para elevar la presión del gas a un nivel en el que pueda reinyectarse.
El mandril de elevación por gas es un dispositivo que se instala en la tubería de un pozo de elevación por gas en el que se coloca una válvula de elevación por gas . Hay dos tipos comunes de mandriles. En un mandril de elevación por gas convencional, se instala una válvula de elevación por gas a medida que se coloca la tubería en el pozo. Por lo tanto, para reemplazar o reparar la válvula, se debe tirar de la tubería. Sin embargo, en el mandril de bolsillo lateral , la válvula se instala y se retira con un cable mientras el mandril aún está en el pozo, lo que elimina la necesidad de tirar de la tubería para reparar o reemplazar la válvula.
Una válvula de elevación por gas es un dispositivo instalado en (o dentro de) un mandril de elevación por gas, que a su vez se coloca en la tubería de producción de un pozo de elevación por gas. Las presiones de la tubería y la carcasa hacen que la válvula se abra y se cierre, lo que permite que se inyecte gas en el fluido de la tubería para hacer que el fluido suba a la superficie. En el léxico de la industria, se dice que los mandriles de elevación por gas son "recuperables de la tubería", es decir, se despliegan y recuperan unidos a la tubería de producción. Véase mandril de elevación por gas.
El funcionamiento del sistema de elevación por gas se puede optimizar de distintas maneras. La forma más novedosa es mediante la optimización de riesgos, que tiene en cuenta todos los aspectos de la asignación del sistema de elevación por gas.
Inventado por Norman J. Rees y Albert W Zeuthen en 1956, cesionario actual ExxonMobil Oil Corp. El sistema de elevación por aire utiliza aire comprimido para elevar el agua en operaciones como el dragado y la arqueología subacuática. También se encuentra en acuarios para mantener la circulación del agua. Estas formas de elevación se utilizaron ya en 1797 en minas para elevar el agua de los pozos de la mina. Estos sistemas utilizaban una inyección de aire en un solo punto en la corriente de líquido, normalmente a través de una válvula de pie en la parte inferior de la tubería. El sistema de elevación por gas se utilizó ya en 1864 en Pensilvania para elevar pozos de petróleo, también utilizando aire comprimido, a través de una tubería de aire que llevaba el aire al fondo del pozo. El aire se utilizó en Texas para la elevación artificial a gran escala. En 1920, el gas natural reemplazó al aire, lo que redujo el riesgo de explosión. Desde 1929 hasta 1945 se emitieron alrededor de 25000 patentes sobre diferentes tipos de válvulas de elevación por gas que podían usarse para la descarga en etapas. [3] Algunos de estos sistemas implicaban mover la tubería o usar barras de hundimiento con cable para cambiar el punto de elevación. Otros eran válvulas operadas por resorte. Finalmente, en 1944, WR King patentó la válvula de fuelle presurizada que se utiliza en la actualidad. En 1951, se desarrolló el mandril de bolsillo lateral para posicionar y recuperar selectivamente las válvulas de elevación por gas con cable.