El uso emergente de bombas de tornillo en la producción de petróleo y gas

A medida que la demanda de flexibilidad y eficiencia, junto con un énfasis creciente en la conciencia ambiental, continúa aumentando en importancia, es cada vez más necesario que los operadores se concentren en las bombas y las instalaciones de bombas.

Al analizar el futuro de la producción de hidrocarburos, se pueden observar diversos escenarios y predicciones. Casi todos estos desarrollos tienen implicaciones sustanciales para la industria del petróleo y el gas e influyen en la planificación actual para el futuro. Estas consecuencias se extienden no solo a los productores de petróleo y gas, sino también a los proveedores de equipos y servicios, incluidos los fabricantes de bombas.

En todos los escenarios de desarrollo para la futura producción de petróleo y gas, se prevé que el enfoque principal seguirá siendo la eficiencia, la conservación y la minimización del impacto ambiental. La atención de la industria ya se está orientando rápidamente hacia estos objetivos. Cuanto más eficientemente se adapte la industria a estos cambios, mejor preparados estaremos todos.

Este artículo explora las tendencias actuales en bombas en la industria del petróleo y el gas y utiliza una combinación de conocimiento presente y escenarios futuros para pintar un panorama de lo que debe abordarse hoy para estar preparados para el mañana.

En un seminario web reciente sobre tecnología de campos petroleros impartido por un grupo global de investigación y consultoría, se brindaron perspectivas para las industrias del petróleo y las bombas. Un punto destacado de la presentación fue un vistazo a la producción de petróleo y gas en las próximas dos décadas y media. Indicó que se espera que la producción máxima de petróleo ocurra alrededor de 2030, con una producción de aproximadamente 115 millones de barriles por día (BPD) que se reducirá a alrededor de 90 millones de BPD para 2050, en comparación con poco más de 100 millones de BPD en la actualidad.

Esto significa que se proyecta que la producción de petróleo se mantendrá cercana a los niveles actuales, con base en las fluctuaciones de los precios del petróleo West Texas Intermediate (WTI) entre 60 y 80 dólares por barril. Estas predicciones coinciden con las de la Agencia Internacional de Energía (AIE) e indican una disminución menos significativa de lo previsto inicialmente. Los principales factores que contribuyen a estas proyecciones incluyen la incertidumbre en torno a la capacidad de suministro y la capacidad disponible para la transición energética, el creciente uso de plásticos y derivados del petróleo, el crecimiento de la industria petroquímica en los países en desarrollo (incluyendo India y China) y la creciente demanda de combustible para aviones, que se espera que alcance su punto máximo en 2040.

Incluso con el esperado aumento sustancial en el uso de vehículos eléctricos (VE), no se anticipa que estos vehículos representen más del 20% del parque vehicular mundial para 2030.

En un segmento crucial del seminario web, el debate se centró en cómo satisfacer la demanda prevista de petróleo. La presentación reveló que el 15 % de la producción total provendrá de la producción extendida en los yacimientos existentes (Imagen 1). También ilustró el gran impacto que tendrá la transición a los vehículos eléctricos para mediados de siglo (Imagen 2).

Como se muestra en la Imagen 1, el 15 % de la producción total provendrá de la producción extendida en los yacimientos existentes. La Imagen 2 muestra cómo el pico de demanda de petróleo se sigue postergando, y la Imagen 3 muestra cómo se prevé satisfacer dicha demanda.

Aumentar el suministro de los activos existentes es cada vez más importante y una prioridad para la mayoría de los productores. Esto ha generado una creciente demanda de bombas y soluciones de bombeo. A medida que los yacimientos petrolíferos envejecidos se enfrentan a una disminución de la presión natural, desafíos para asegurar el flujo y equipos a menudo obsoletos e ineficientes, están surgiendo nuevas aplicaciones de bombeo. Algunos ejemplos incluyen la creciente demanda de bombas para apoyar la extracción artificial y el refuerzo de las líneas de flujo superficial de las tuberías de flujo. Otros ejemplos incluyen bombas para dióxido de carbono (CO₂), que experimentará una mayor demanda a medida que el CO₂El secuestro y la recuperación mejorada de petróleo (IOR) se vuelven más frecuentes. Muchos tipos de bombas experimentarán una creciente demanda debido a la evolución de la producción petrolera y como reemplazo de modelos ineficientes u obsoletos. Además, el crecimiento del transporte por oleoductos de petróleo crudo y productos refinados a plantas de procesamiento, terminales y refinerías está generando una mayor demanda de bombas.

Las bombas se clasifican tradicionalmente como bombas de estilo hidrodinámico o de desplazamiento positivo. Estos dos tipos de bombas tienen usos distintos y complementarios en la producción de petróleo y gas y en el procesamiento de hidrocarburos. Las bombas hidrodinámicas se utilizan principalmente para manejar fracciones más ligeras y agua a mayores caudales, mientras que las bombas de desplazamiento positivo sirven para líquidos más viscosos y con arrastre de gas a presiones más altas, a menudo en condiciones de succión difíciles.

Este artículo se centrará en el creciente uso de las bombas de tornillo rotativo, conocidas como bombas rotativas de desplazamiento positivo. Muchos de los conocimientos también pueden aplicarse a las bombas de engranajes, las bombas de paletas y las bombas de cavidades progresivas, aunque podrían no coincidir directamente con las bombas de tornillo en muchas aplicaciones. El uso de bombas de desplazamiento positivo, incluidas las de tornillo, ya está en auge y ofrece una gama más amplia de servicios, permitiendo una mejor producción de petróleo y gas, la recolección y el procesamiento de hidrocarburos, y abordando condiciones de aseguramiento de flujo cada vez más complejas a medida que los yacimientos envejecen y la prolongación de la vida útil de los campos se convierte en una prioridad.

La industria del petróleo y el gas enfrentará mayores desafíos en la producción, el transporte y el procesamiento de petróleo y gas debido a la creciente demanda de productos y a la necesidad de una utilización eficiente del capital, flexibilidad operativa, ingresos, rendimiento, mayor eficiencia energética y la satisfacción de las exigencias ambientales y sociales. Por diversas razones, las bombas de tornillo han empezado a desempeñar un papel más importante en aplicaciones tradicionalmente dominadas por bombas centrífugas y reciprocantes. Los fabricantes de bombas de tornillo, impulsados ​​por las innovaciones tecnológicas y las mejoras de sus productos, están intensificando sus esfuerzos para satisfacer las demandas de la industria petrolera con diseños más eficientes y flexibles.

En muchos yacimientos petrolíferos, los diseños de bombas de tornillo han demostrado sus ventajas y se han vuelto cada vez más comunes. Esto es especialmente evidente cuando la industria busca ampliar la producción de activos e instalaciones existentes. Lograr una mayor recuperación en activos antiguos y más complejos, a menudo caracterizados por mayor viscosidad, emulsiones de petróleo y agua, mayor cantidad de gas asociado y menor presión del yacimiento, presenta desafíos comunes. Todos estos desafíos son parte de la producción en etapas avanzadas de su vida útil, y las bombas de tornillo suelen ofrecer la mejor solución de bombeo en tales escenarios.

Para estas aplicaciones se utilizan bombas de dos y tres tornillos. En aplicaciones midstream, se emplean como bombas de transferencia y refuerzo en tuberías y terminales, así como para la recolección y el refuerzo, incluyendo el bombeo multifásico para el apoyo a la elevación artificial y la producción de gas húmedo. En la transferencia de crudo pesado y emulsiones bituminosas, las bombas de tornillo suelen ser la única solución viable.

Un número cada vez mayor de bombas de tornillo funcionan como bombas multifásicas y se aplican eficazmente como complemento a los sistemas convencionales de levantamiento artificial, como las bombas de varilla de bombeo (SRP), las bombas electrosumergibles (BES), los elevadores de gas y los émbolos. Los beneficios más significativos son la reducción del impacto ambiental de las instalaciones convencionales, la eliminación de la quema en antorcha y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) mediante la combinación de petróleo y gas en un único ducto multifásico para su transporte a la planta de procesamiento. En la producción de esquisto, la rápida disminución habitual de la presión natural del yacimiento y el aumento de la producción de gas asociado requieren soluciones para maximizar la producción y retrasar las reparaciones cada vez más costosas o las nuevas perforaciones, fracturación hidráulica y terminaciones. El deseo de extender la recuperación y minimizar la cantidad de hidrocarburos requiere un sistema de bombeo multifásico flexible, como se muestra en la Imagen 8, que pueda operar con bajas presiones del yacimiento. Al mismo tiempo, el bombeo multifásico contribuye a reducir el impacto ambiental de la producción de petróleo y puede mitigar la opinión pública sobre la quema en antorcha y el venteo.

La bomba multifásica proporciona un caudal prácticamente constante a una velocidad determinada, prácticamente independiente de la contrapresión. Al ajustar la velocidad de la bomba, se puede variar tanto el caudal como la presión de succión. Reducir la presión permite un flujo fluido en una tubería, lo que reduce el riesgo de frecuentes bloqueos por hidratos y ayuda a reducir la presión en boca de pozo para facilitar el flujo en pozos de gas con carga líquida. Además, gestiona eficazmente la acumulación de parafina y las emulsiones de petróleo/agua, reduciendo la necesidad de costosas inyecciones de productos químicos y tratamientos de pozos. Esto se logra manteniendo una baja velocidad interna, lo que limita los problemas de cizallamiento y evita la exacerbación de las emulsiones de petróleo/agua, facilitando el tratamiento del proceso aguas abajo.

La imagen 9 demuestra cómo se utiliza el bombeo multifásico en la producción de petróleo en alta mar, donde puede actuar como sustituto y agregar valor a los métodos de elevación artificial, extendiendo en última instancia la vida útil de los yacimientos.

Dada la situación actual de la industria de bombas que atiende al mercado del petróleo y el gas, es necesario observar factores importantes que inciden en el éxito futuro. Uno de estos factores sigue siendo la dificultad de encontrar y retener personal cualificado para la ingeniería y la ejecución de proyectos. Estos desafíos suelen ser los mismos tanto para el usuario final/productor de petróleo como para el proveedor/fabricante de bombas. Esto puede requerir que el proveedor de bombas asuma un alcance de trabajo mayor que antes. A menudo se requiere un módulo o sistema de bomba completo con todos los auxiliares y controles, lo cual puede ser un reto para un proveedor con recursos limitados. El concepto de "caja negra" no es nuevo, pero desempeñará un papel mucho más importante en el futuro. La reserva de talento es mucho más importante y determinará el éxito de cada proveedor de bombas.

Comprender las tendencias y los factores socioeconómicos es importante, y adaptarse a las nuevas realidades es una buena estrategia en un entorno en constante evolución. Esto pone mayor énfasis en la selección de la bomba más adecuada para la aplicación, confiando aún más en el fabricante de la bomba.