Capítulo 2: Equipos de Bombeo
Equipos de Bombeo
Un tratamiento hidráulico de fracturación consiste en inyectar una mezcla de arena y agua a alta velocidad y presión a un pozo de gas y petróleo. La operación se conoce como un trabajo de fracturación y la mezcla de solidos (como la arena) y el agua se les conoce como mezcla aguada. La arena se guarda en sitio ya sea en cajas, contenedores grandes sectorizados o silos. Líneas transportadoras llevan la arena desde los contenedores a una unidad de licuado, donde se mezcla con el agua en cantidades específicas por galón. El agua se guarda en barriles (500-barrels) llamados “tanques de fracturación” o “Fosas Alineadas”. La mezcla aguada es inyectada a baja presión en un colector. Este colector se conoce normalmente como misil debido a que tiene cierto parecido al equipamiento militar. Las bombas de fracturación añaden presión a la mezcla aguada jalando el fluido de la línea de baja presión en el colector y reinyectándolo a la línea de alta presión; Esta línea está conectada a través de una tubería de hierro con el pozo. Uniones martillo conectan cada pieza de la tubería entre ellas y las articulaciones de alta presión, (generalmente: Chicksans) permiten que la tubería haga las curvas necesarias para llegar al pozo. Retenedores de mangueras, abrazaderas y cojeras son usadas para reducir el daño por efecto látigo en el caso que las conexiones de las tuberías fallen de forma repentina.
"Las correas de nylon a menudo se usan como restricciones de manguera".
Tipos de Bombas.
El bombeo por presión se logra a través de dos tipos básicos de bombas: centrifugas y alternativas. Las bombas de tipo alternativa usan pistones que se mueven hacia delante y hacia atrás en un cilindro para agregar energía en la forma de presión al fluido de fracturación. Estas pueden ser triplex con 3 cilindros o quíntuplex con 5 cilindros. Estas bombas son de desplazamiento positivo, lo cual significa que entregan una cantidad fija de volumen de fluido con cada golpe. Este tipo de bombas se usan principalmente para generar altas presiones y tasas de flujo constantes. Estas bombas alternativas suministran a mayoría de la presión al fluido de fracturación.
Las bombas centrifugas se usan para jalar el agua de los tanques de fracturación hacia el mezclador. Estas bombas no son de desplazamiento positivo y solo se usan en el lado de baja presión de un trabajo de fracturación. Ya que no son de desplazamiento positivo pueden operar a una velocidad constante con una tasa de flujo variable.
"Esquema de una bomba triplex montada sobre patines para perforación".
"Una bomba centrífuga".
Arena
Muchas toneladas de arena son necesarias para cada trabajo de fracturación. Esta se lleva en camiones ya sea desde minas locales (arena de cuenca) o a través de terminales ferroviarios que la traen desde el otro lado del país. Estos camiones pueden ser tanto neumáticos como de cajón. Los neumáticos usan un soplador motorizado para empujar la arena mientras la descargan, y los de cajón se descargan usando una máquina elevadora. La arena se puede guardar en silos verticales, contenedores horizontales de arena con múltiples compartimientos, o en cajas individuales que lo cargan directamente en una línea transportadora. Cada método de manipulación de arena tiene pros y contras, incluyendo el tamaño de su huella, equipos necesarios, y la cantidad de polvo que genera.
“Mover arena con arena frac derramada”.
Mezclador
La Arena y el agua son mezclados en la unidad de batido. La arena seca se mueve de los contenedores en cintas transportadoras a una tolva en la parte trasera del mezclador. Los tornillos empujan la arena del fondo de la tolva al envase del mezclador. La mezcla aguada de arena y agua también puede mezclarse con pequeñas concentraciones de otros químicos si se necesitan algunas propiedades especiales. Si se requiere una mezcla aguada más viscosa, se necesitara de algún agente de hidratación para mezclar el polvo seco al fluido base y crear el gel. La mezcla que contiene arena, agua y químicos en las concentraciones requeridas es inyectado a baja presión al colector de fracturación.
Bomba de Fracturación
Las bombas se utilizan para incrementar la cantidad de energía hidráulica en la corriente de flujo. La cantidad de energía en la superficie es gobernada por la tasa de flujo deseada del fluido. Los trabajos de fracturación se bombean a altas presiones, a veces por encima de las 10.000 libras por pulgada cuadrada, por lo cual se requieren múltiples bombas para lograrlo.
Colector de Fracturación
Los colectores son utilizados a través de toda la industria. Su propósito es traer fluidos de una o más corrientes de fluidos y desviarlos a otras. El colector de fracturación se le conoce comúnmente como misil, debido a su apariencia de perfil. La mezcla aguada a baja presión es inyectada a este desde el mezclador. La corriente de flujo a baja presión es desviada hacia los camiones de bombeo donde es presurizada y reinyectada al colector a presión de tratamiento. La mezcla aguada a alta presión es enviada al pozo.
Hierro de Fracturación
Las tuberías de Hierro de alta presión controlan el flujo de la mezcla aguada una vez que deja las bombas y hasta que entra al pozo en tratamiento. Cada articulación de la tubería es conectada a la siguiente usando uniones martillo. Para que se puedan realizar giros y curvas, se utilizan articulaciones giratorias añadiéndolas a la línea de tuberías de hierro de fracturación. Estas articulaciones tienen un nombre común y generalizado “Chiksan” debido al nombre del fabricante. Para minimizar el daño por efecto látigo en caso de que una articulación se rompa. Se utilizan abrazaderas y retenedores de diferentes diseños. Estos retenedores pueden incluir una combinación de tejido de nylon o abrazaderas de hierro.
Cabezal de Fracturación
El cabezal de fracturación es donde las líneas de alta presión de fracturación se conectan con el pozo. Algunas veces esta pieza de hierro se le conoce como “cabeza de cabra” ya que las tuberías que salen de él parecen los cuernos de una cabra. El cabezal de fracturación se atornilla arriba de la válvula de fracturación.
Válvula de Fracturación
La válvula de fracturación actúa como la válvula maestra de alta presión para el pozo durante el tratamiento de fracturación a alta presión. Generalmente no es buena idea usar la válvula maestra normal del pozo ya que los equipos de producción no están hechos para las altas presiones de la fracturacion.
"Sistema de misiles Patriot de los Estados Unidos"
"Frac iron que entrega la suspensión de alta presión de las bombas al colector frac".