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Análisis Nodal

Proceso de Producción de un Pozo Comprende el recorrido de los fluídos desde el radio de drene del pozo hasta el separador de producción. Comprende 6 elementos claramente identificados: • • • • • •

¾ ¾

Yacimiento Terminación Pozo (Tubería vertical) Estrangulador Línea de flujo/descarga superficial Separador

Presión de Entrada: Pws Presión de Entrega: Psep

Análisis Nodal 2

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¾

Sistema Total de Producción

Compresor

Estrangulado r

Línea de Flujo

SSSV

gas oil

Líneas de Exportación

T.P.

Terminación Análisis Nodal 3

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Separador Bomb a “Riser”

Yacimient o

Pérdidas de Presión en el Sistema ΔP5 = Ptf – PDSC

ΔP8 = Psep – PCD

ΔP7 = PRB – Psep

ΔP10 = PCD – PGD

ΔP3 = PUSV – PDSV

ΔP11 = PPD – PLD

ΔP4 = Pwf – Ptf

ΔP2 = Pwfs – P

ΔP1 = PR – Pwfs Análisis4 Nodal

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ΔP6 = PDSC – PRB

ΔP9 = Psep – PPD

Análisis Nodal Pse p

Inflow

R

Outflow

Pw f

Pwf

PR

Pse p Análisis Nodal 5

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P

Flow rate

Balance de Energía en el Sistema Y/P

La representación gráfica de la presión de llegada de los fluídos al nodo en función del gasto de producción se denomina CURVA DE OFERTA, DE FLUIDOS DEL YACIMIENTO O DE AFLUENCIA (Inflow). Inflow (Reservoir) Curve 3000

2500

2000

1500

1000

500

0 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Production rate, STB/D

Análisis Nodal 6

3500

4000

4500

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Flowing bottomhole pressure, psi

3500

Balance de Energía en el Sistema Y/P

La representación gráfica de la presión requerida a la salida del nodo en función del gasto de produccion se denomina CURVA DE DEMANDA, DE FLUIDOS DE INSTALACION O CURVA DE TRANSPORTE (Outflow). 3500

Flowing bottomhole pressure, psi

2500

2000

1500

1000

500

0 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Production rate, STB/D

Análisis Nodal 7

3500

4000

4500

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Tubing Curve

3000

Balance de Energía en el Sistema Y/P La representación gráfica de la intersección de ambas curvas establece la CAPACIDAD DE PRODUCCION DEL SISTEMA O PUNTO DE OPERACION (Gasto de Producción del Pozo). Inflow (Reservoir) Curve 3500

Flowing bottomhole pressure, psi

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Tubing Curve

3000

2500

2000

1500

1000

Operating Point 500

0 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Production rate, STB/D

Análisis Nodal 8

3500

4000

4500

ANÁLISIS NODAL FUNDAMENTOS

También es conocido como análisis nodal y es reconocido en la industria como un medio adecuado para el diseño y evaluación, tanto en pozos fluyentes como en pozos que tienen instalado bombeo neumático, debido a las necesidades, cada vez mayores, de energía y a los incentivos derivados del precio del crudo. Análisis Nodal 9

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El análisis de un sistema de producción, permite determinar el comportamiento actual y futuro de un pozo productor de hidrocarburos. Como resultado se obtiene generalmente un incremento en la producción y el mejoramiento de la eficiencia del flujo.

ANÁLISIS NODAL En el análisis nodal, se evalúa un sistema de producción dividiéndole en seis componentes básicos:

¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Flujo a través del medio poroso Flujo a través de los disparos Flujo a través de la tubería vertical (T.P.) Flujo a través del estrangulador Flujo a través de la tubería horizontal (L.D.) Flujo en el separador

Análisis Nodal 10

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¾

ANÁLISIS NODAL

Análisis Nodal 11

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Para predecir el comportamiento del sistema, se obtiene la caída de presión en cada componente. Procedimiento: ¾Asignación de nodos en varias de las posiciones claves dentro del sistema. ¾ Variando los gastos y empleando un método que se considere adecuado, se calcula la caída de presión entre dos nodos. ¾Después de seleccionar un nodo de solución las caídas de presión son adicionadas o sustraídas al punto de presión inicial o nodo de partida, hasta que se alcanza el nodo de solución e incógnita.

ANÁLISIS NODAL

Por tanto, los cálculos pueden principiar con la presión de separación o con la presión del yacimiento o ambos, para así determinar la presión en el nodo de solución intermedio entre estas posiciones de partida.

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Para utilizar el concepto nodal, al menos se deberá de conocer la presión en el punto de partida. En un sistema de producción se conocen siempre dos presiones, las cuales se suponen prácticamente constantes, siendo estas la presión en el separador, y la presión estática del yacimiento Psep, Pws .

ANÁLISIS NODAL

El resultado neto de la aplicación del análisis nodal en los pozos es la identificación de los parámetros que controlan el flujo en el sistema de producción.

Análisis Nodal 13

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Los resultados del análisis del sistema permitirán la definición de la capacidad de producción de un pozo para una determinada serie de condiciones y también muestran como los cambios en cualquiera de los parámetros afectan su comportamiento.

ANÁLISIS NODAL Las curvas de capacidad de producción son una función de los puntos siguientes: ¾

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Análisis Nodal 14

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¾

Características del yacimiento Características de la tubería de producción y de la línea de descarga. Presión en el nodo inicial y el final. Porcentaje de agua producido + Relación Gas/Liquido. Longitud de las tuberías. Temperatura. Características de los fluidos manejados. Topografía del terreno, en el caso de la línea de descarga. Grado de desviación del pozo.

ANÁLISIS NODAL En el análisis se consideran los principales componentes de un pozo principiando en el yacimiento y finalizando con el separador.

Análisis Nodal 15

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Se incluye entonces: ¾el flujo a través del medio poroso; ¾el flujo a través de la sarta de Producción, considerando el flujo a través de una posible restricción, así como también la válvula de seguridad; ¾el flujo a través de la línea de descarga e inclusive el manejo de estranguladores.

Nodos y caídas de presión en un sistema de producción Para ilustrar los procedimientos de solución que a continuación se indican, se empleará el ejemplo de un pozo, con las siguientes características: Pozo productor de aceite

•

Presión de separación

•

Línea de descarga

•

WOR

•

Profundidad intervalo

100 lb/pg2 3000 pies de longitud 2 pg. de diámetro 0 5000 pies al nivel medio del productor.

Pb

•

R Cte. a cualquier Pwf

400 pie3/bl

•

Índice de productividad

1.00 bl/día/lb/pg2

•

γg

0.65

•

°API

35

•

T en TP

140°F

•

Tubería de producción

2 3/8 pg

•

Pws

2200 lb/pg2 1800 lb/pg Análisis Nodal 16

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•

Sistema de flujo simplificado

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Análisis Nodal 17

Pérdidas de presión en los elementos del sistema de flujo

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Análisis Nodal 18

EL FONDO DEL POZO COMO NODO DE SOLUCIÓN Probablemente la posición de solución mas comun se tenga en el fondo del pozo; esto es, a la profundidad media del intervalo perforado.

En la figura anterior se muestra el sistema total de tuberías para el ejemplo, se supone que no existen restricciones y además, solamente se consideran las perdidas de presión a través de la tubería de producción y en la línea de descarga. Análisis Nodal 19

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En esta posición, para dar solución utilizando el gasto de producción, el sistema en forma completa se divide en dos componentes: el componente del yacimiento y el componente constituido por el sistema total de tuberías.

Balance en el Fondo del Pozo ΔP4 = (Pwh - Psep)

Gas

Presión de Entrega

Psep Liquido Tanques

Pwh

ΔP3 = Pwf - Pwh

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Nodo localizado en el fondo del pozo:

Presión de llegada: Pwf (oferta) = Pws - ΔP1 Presión de salida: Pwf (demanda) = Psep + ΔP4 + ΔP3 +ΔP

Pwf

Pwfs

Pr

ΔP1 = (Pr - Pwfs) ΔP2 = (Pwfs - Pwf) Análisis Nodal 20

Pe

CONSTRUCCION DE UNA CURVA DE AFLUENCIA El comportamiento del índice de productividad será líneal hasta que se alcance la presión de 1800 lb/pg2.

Para obtener el comportamiento compuesto de IP más IPR, se considera un valor constante del IP igual a 1.0 desde los 2200 lb/pg2 a 1800 lb/pg2, a partir de donde es necesario utilizar un método para el cálculo del comportamiento del IPR (para el ejemplo se emplea el método de Vogel) hasta que se tiene el valor cero de presión.

Análisis Nodal 21

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A presiones menores que ésta se tendrá un comportamiento no líneal (IPR).

CONSTRUCCION DE UNA CURVA DE AFLUENCIA De donde:

Para el caso del índice de productividad constante qmax = 1.0 (2200- 0) ; 2200 bl/día

Análisis Nodal 22

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qmax = qb + J Pb / 1.8 = 1.0 (2200- 1800) + 1.0 (1800) / 1.8 = 400 + 1000 = 1400 bl/día

Curva de AFLUENCIA

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Análisis Nodal 23

Se suponen gastos de producción y se construye la curva de AFLUENCIA, siguiendo el procedimiento anteriormente descrito. Schlumberger Private

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PROCEDIMIENTO PARA EL FONDO DEL POZO COMO NODO SOLUCIÓN (Pwf) Curva de Capacidad de Transporte 1.

Los resultados se presentan en la tabla siguiente:

Análisis Nodal 25

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Para cada uno de los gastos supuestos, se obtiene la presión en la cabeza necesaria para mover los fluidos a través de la línea de descarga al separador. Será preciso utilizar el método de flujo multifásico horizontal que se considere adecuado.

Tabla 1

140 180 230 275 420

Análisis Nodal 26

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Pth requerida lb/pg2 115

Gasto supuesto bl/día 200 400 600 800 1000 1500

Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 2.

Análisis Nodal 27

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2. Utilizando los gastos supuestos y las presiones en la cabeza correspondientes, se determina la presión de fondo fluyendo, mediante la aplicación del método de flujo multifásico vertical que se considere adecuado.

Tabla 2

Pth2 lb/pg

Pwf lb/pg2

200 400

115 140

750 880

600

180

1030

800

230

1225

1000

275

1370

1500

420

1840

Análisis Nodal 28

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Gasto supuesto bl/día

3. Se grafican las Pwf calculadas en el paso anterior en la misma grafica donde se trazó la curva de AFLUENCIA.

Para el ejemplo, se encuentra que el gasto de producción es de 870 bl/día para el caso de nodo en el fondo.

Análisis Nodal 29

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La intersección de estas dos curvas indicará el gasto a producir y el valor de Pwf, para la condición que se tiene en el sistema de producción.

Se debe enfatizar que este es el gasto que se puede tener para las condiciones del sistema.

El gasto se puede variar solamente cambiando algún componente del sistema; esto es: el diámetro de la tubería de producción, utilizando estranguladores, variando la presión de separación, o modificando la curva del AFLUENCIA, por medio de un tratamiento de estimulación.

Análisis Nodal 30

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De ninguna manera es ni el máximo ni el mínimo o el óptimo; pero es el gasto que el pozo producirá con el sistema de tuberías que tiene instalado.

LA CABEZA DEL POZO COMO NODO DE SOLUCIÓN Otra posición de solución es la cabeza del pozo. El sistema en forma completa se divide en dos componentes:

El yacimiento y la sarta de producción es el otro componente, en este, se principia con la Pws, se supone un gasto, para obtener la Pwf, utilizando esta presión se continua con el flujo a través de la sarta de producción para determinar la presión en la cabeza necesaria para producir el gasto supuesto. Análisis Nodal 31

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El separador y la línea de descarga se consideran como un componente. Aquí se principia con la presión de separación y se calcula la presión en la cabeza, necesaria para mover un gasto supuesto a través de la línea de descarga y moverlo a través del separador.

Balance en la Cabeza del Pozo ΔP4 = (Pwh - Psep) Pwh

Gas

Presión de entrega

Psep Liquido Tanques

ΔP3 = Pwf - Pwh

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Nodo localizado en la cabeza del pozo:

Presión de llegada al nodo: Pwh (oferta) = Pws - ΔP1 - ΔP2 Presión de salida del nodo: Pwh (demanda) = Psep + ΔP4

Pwf

Pwfs

Pr

ΔP1 = (Pr - Pwfs) ΔP2 = (Pwfs - Pwf) Análisis Nodal 32

Pe

Procedimiento: Se suponen gastos de producción. A partir de la presión de separación se calcula la presión en la cabeza requerida para mover los fluidos a través de la línea de descarga; para el ejemplo una línea de 2 pg y de 3000 pies de longitud. Los valores así calculados se encuentran en la Tabla 1 y representan la solución para el componente de la línea de descarga del problema.

2.

Para los gastos supuestos y principiando con la Pws se calcula la presión de fondo fluyendo correspondiente.

3. Con estos valores, se determinan las presiones en la cabeza;

se deberá emplear un método de flujo multifásico vertical adecuado. Ha de notarse que estas presiones en la cabeza controlan el gasto de producción. Los resultados obtenidos se encuentran en la Tabla 4. Análisis Nodal 33

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1.

4. Se grafican las presiones en la cabeza obtenidas en el paso 2 y las calculadas en el paso anterior, contra los gastos supuestos.

Análisis Nodal 34

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La intersección de estas dos curvas indica el gasto de producción posible para el sistema, así como también la presión en la cabeza. Para el ejemplo se tiene 870 bl/día.

Tabla 4 Gasto supuesto

Pth

bl/día

lb/pg2

lb/pg2

200

2000

610

400

1800

540

600

1590

440

800

1350

300

1000

1067

100

1400

0

-

1500

0

-

Análisis Nodal 35

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Pwf

Al considerar la cabeza del pozo como el nodo de solución, se aisla la línea de descarga, siendo entonces fácil determinar los efectos de cambios de diámetro.

Se puede notar que la curva para la línea de 3 pg, es prácticamente horizontal para todo el rango de gastos, indicando que las perdidas de presión por fricción no son grandes en esta línea, para cuando los gastos son altos. No hay entonces necesidad de evaluar una tubería de un diámetro mayor, dado que la tubería de 3 pg es lo suficiente mente grande para maximizar el gasto. Análisis Nodal 36

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En la siguiente figura se indica el gasto obtenible para el pozo del ejemplo, utilizando una línea de 3 pg de diámetro. Este gasto es 1040 bl/día, que es mayor comparado con 900 bl/día para la tubería de 2 pg.

Efectos del cambio de la L.D.

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La siguiente figura es una gráfica en la cual se evalúan algunos diámetros de línea de descarga y de tuberías de producción.

Análisis Nodal 38

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Las intercalaciones indican los gastos posibles para una variedad de combinaciones de diámetros de línea de descarga y de tuberías de producción.

La cabeza del pozo como nodo de solución para una combinación de diámetros de LD y TP

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