BOMBEO_NEUMÁTICO

BOMBEO NEUMÁTICO Sistemas Artificiales de Producción

INTRODUCCIÓN El bombeo neumático es un medio de levantamiento de fluidos desde el fondo del pozo hasta la superficie, el cual se hace por medio de inyección de gas a una presión relativamente alta (250 [psi] mínimo) a través del espacio anular. El gas pasa a la TP a través de válvulas conectadas en uno o más puntos de inyección. El bombeo neumático se lleva a cabo por uno de los métodos siguientes:  Bombeo continuo  Bombeo intermitente

INTRODUCCIÓN El bombeo neumático es un medio de levantamiento de fluidos desde el fondo del pozo hasta la superficie, el cual se hace por medio de inyección de gas a una presión relativamente alta (250 [psi] mínimo) a través del espacio anular. El gas pasa a la TP a través de válvulas conectadas en uno o más puntos de inyección. El bombeo neumático se lleva a cabo por uno de los métodos siguientes:  Bombeo continuo  Bombeo intermitente

BOMBEO NEUMÁTICO CONTÍNUO En este método se introduce un volumen continuo de gas a alta presión por el espacio anular a la TP para aerear o aligerar la columna de fluidos, hasta el punto en que la reducción de la presión de fondo permita una diferencial suficiente a través de la formación, causando que el pozo produzca el gasto deseado.

Para realizar esto, se utiliza una válvula en el punto de inyección más profundo con la presión disponible del gas de inyección,  junto con la válvula reguladora en la superficie. Este método se utiliza en pozos con alto IP (mayor a 0.5 [bpd/psi]) y presión de fondo fluyendo relativamente alta (columna hidrostática del orden de 50 % o más en relación a la profundidad del pozo).

En pozos de este tipo la producción de fluidos puede estar dentro de un rango de 200 a 20,000 [bpd] a través de TP comunes. Si se explota por el espacio anular, es posible obtener más de 80,000 [bpd]. El diámetro interior de la TP rige la cantidad de flujo, siempre y cuando el IP, la Pwf , el volumen y la presión del gas de inyección, así como las condiciones mecánicas, sean las ideales.

BOMBEO NEUMÁTICO INTERMITENTE Consiste en producir periódicamente determinado volumen de aceite impulsado por el gas que se inyecta a alta presión. Dicho gas es inyectado de la superficie al espacio anular por medio de un regulador, interruptor o por una combinación de ambos, para pasar posteriormente del espacio anular  a la TP a través de una válvula que va insertada en la TP. Cuando la válvula abre, el fluido proveniente de la formación acumulado dentro de la TP es expulsado al exterior en forma de tapón o bache de aceite a causa de la energía del gas.

Sin embargo, debido al fenómeno de resbalamiento del líquido, sólo una parte del volumen de aceite inicial es recuperado en la superficie, mientras que el resto cae al fondo del pozo integrándose al bache de aceite en formación. Después de que la válvula cierra, transcurre un periodo de inactividad aparente, en el cual la formación productora continúa aportando fluidos al pozo, hasta formar un determinado volumen de aceite con el que se inicia otro ciclo.

En el bombeo neumático intermitente, el gas es inyectado a intervalos regulares, de tal manera que el ciclo es regulado para que coincida con la relación de fluidos que esta produciendo la formación hacia el pozo. El bombeo intermitente es usado en pozos con volumen de aceite generalmente bajo o en pozos que tienen las siguientes características: a)  Alto índice de productividad (mayor a 0.5 [bpd/psi]), baja presión de fondo, columna hidrostática del orden del 30 % o menor en relación a la profundidad. b) Bajo índice de productividad (menor a 0.5 [bpd/psi]), baja presión de fondo.

MECANISMO DE LAS VÁLVULAS SUBSUPERFICIALES DE BN Los diversos fabricantes han dividido en categorías a las válvulas de BN dependiendo de qué tan sensible es una válvula a una determinada presión actuando en la TP (Pt) o en la TR (Pc). Generalmente son clasificadas por el efecto que la presión tiene sobre la apertura de la válvula. Esta sensibilidad está determinada por la construcción del mecanismo que cierra o abre la entrada de gas.

Normalmente la presión a la que se expone una válvula la determina el área del asiento de ésta. Cuando el área del elemento de respuesta es grande comparada con el asiento de la válvula, ésta es relativamente insensible a la presión en la TP; debido a esto, el efecto de la columna de líquido en la TP para abrir la válvula es pequeño.

COMPONENTES DE LAS VÁLVULAS DE BN Una válvula de BN está compuesta de: Cuerpo de la válvula Elemento de carga (resorte, gas o una combinación de ambos) Elemento de respuesta a una presión (fuelle de metal, pistón o diafragma de hule) Elemento de transmisión (diafragma de hule o vástago de metal) Elemento medidor  (orificio o asiento)

Domo (elemento de carga)

 

Fuelle (elemento de respuesta) Cuerpo de la válvula Vástago (elemento de transmisión)







Pc, presión en TR

Pt

Ap

presión en TP

Área de asiento

ESPACIO ANULAR

CLASIFICACIÓN DE LAS VÁLVULAS DE BN Las válvulas de BN se clasifican en: a) Válvulas desbalanceadas. b) Válvulas balanceadas. c) Válvulas para bombeo continuo. d) Válvulas para bombeo intermitente.

a) Válvulas desbalanceadas Son aquellas que tienen un rango de presión limitado por una presión de apertura y por una presión inferior  de cierre, el cual es determinado por las condiciones de trabajo del pozo; es decir, este tipo de válvulas abren con una presión determinada y cierran con una presión más baja. Este tipo de válvulas se divide en: a.1) Válvula operada por presión del gas de inyección a.2) Válvula reguladora de presión a.3) Válvula operada por fluidos de la formación

a.1) Válvula desbalanceada operada por presión del gas de inyección Generalmente se conoce como válvula de presión; la válvula es del 50 al 100 % sensible a la presión en la TR en la posición cerrada y el 100 % sensible en la posición de apertura. Se requiere un aumento de presión en el espacio anular para abrir y una reducción de presión en la TR para cerrar la válvula.

En cuanto a las válvulas operadas por  presión del gas de inyección, existen dos conceptos importantes. Presión de apertura de la válvula bajo condiciones de operación 2. Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación 1.

Presión de apertura de la válvula bajo condiciones de operación Dado que la válvula de presión es en su mayor parte sensible a la presión en el espacio anular, la presión de apertura se define entonces como la presión en la TR requerida para abrir la válvula actuando bajo condiciones de operación. Para establecer una ecuación que determine la presión de apertura de la válvula, puede hacerse un balance de todas las fuerzas que actúan sobre ella cuando está en la posición cerrada a unos instantes antes de su apertura. En este instante, las fuerzas actuando para cerrar la válvula son iguales a las fuerzas actuando para abrirla. Por lo tanto, puede establecerse la siguiente ecuación: Fo = Fc Fo = Suma de todas las fuerzas que tratan de abrir la válvula Fo = Suma de todas las fuerzas que tratan de mantener cerrada la válvula

Fo  Pc ( A b  A p )  Pt A p Fc  Pd A b



Pc ( A b  A p )  Pt A p  Pd A b

Dividiendo entre A b y despejando Pc :

  A p    A p     ; si Pc 1     Pd  Pt    A b     A b   Pc (1  R )  Pd  Pt R



Pc 

Pd  Pt R

1 R

R

Ap Ab

Ec. (1)

Ejemplo 1 Suponiendo que una válvula está localizada a 6000 [pie], que tiene una presión de domo de 700 [psi] y una presión en la TP de 500 [psi], determinar la presión en la TR requerida para abrir la válvula, si  Ab = 1.0 [pg2] y Ap = 0.1 [pg2]. Solución:

Pd  Pt R

700  (500 )(0.1) 650 Pc    1 R 1  0. 1 0. 9  Pc  722 psi  Bajo estas condiciones de operación, cuando la presión en la TR se incrementa a 722 [psi], la válvula abre.

Para determinar el efecto que tiene la presión en la TP para abrir la válvula, se utiliza la ecuación anterior de la siguiente forma: Pc



Pd 

1   R



Pt  R

1   R

Nótese que la presión de la TP se resta de la presión en la TR, que es la presión necesaria para abrir la válvula. Esto es, a medida que la presión en la TP se incrementa, la presión en la TR requerida para abrir la válvula decrece. El término que se resta de la ecuacióna anterior es llamado “Efecto de Tubería de Producción”:   R     1  R 

T.E.  Pt 

El término R/(1-R) es llamado “Factor  de Efecto de Tubería de Producción”. R T.E.F. 

1 R

Ejemplo 2 Calcular el efecto de tubería causado por la presión en la TP de 500 [psi], del ejemplo anterior.

Solución:

0.1  0.11111 1  0.1 por lo tan to, el efecto de tubería es :

T.E.F. 

T.E.  500 (0.11111)  56 psi

De estos resultados, se establece que cuando la presión en la TP es igual a cero [psi], la válvula a la profundidad de 6000 [pie] requiere de 722 + 56 = 778 [psi] en el espacio anular para abrirse. Dicha presión de 778 [psi] es llamada algunas veces como la presión máxima de operación. La presión en la TP (500 [psi] para el ejemplo) reduce la presión necesaria para abrir la válvula de 778 [psi] a 722 [psi].

Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación La presión de cierre se define como la presión en la TR requerida para cerrar la válvula actuando bajo condiciones de operación. Efectuando un balance de fuerzas similar  al de la presión de apertura, puede establecerse la relación de fuerzas actuando sobre la válvula cuando se encuentra en la posición abierta a unos instantes antes de su cierre. Todas las áreas y presiones son idénticas a las de la válvula considerada para efectuar la presión de apertura, excepto que ahora la presión bajo la válvula es afectada por la presión en la TR y no por la presión en la TP. Para un tiempo antes de cerrar la válvula, se puede desarrollar la siguiente ecuación: Fo = Fc

Fo  Pc ( A b  A p )  Pc A p Fc  Pd A b



Pc ( A b  A p )  Pc A p  Pd A b

Haciendo Pc  Pcv : Pvc ( A b  A p )  Pvc A p  Pd A b Pvc A b  Pvc A p  Pvc A p  Pd A b



Pvc  Pd

Ec. ( 2)

Donde: Pvc = presión en el espacio anular para cerrar la válvula a condiciones de operación.

La ecuación (2) muestra que la presión en la TR es igual a la presión en el domo para cerrar la válvula a una profundidad determinada. Con base en dicha ecuación, la válvula que abre a 722 [psi] en el ejemplo 1, puede cerrar  cuando la presión en la TR a la profundidad de la válvula sea reducida a 700 [psi] .

Amplitud de las válvulas (Spread) La diferencia entre las presiones de apertura y de cierre de una válvula es llamada “ Amplitud  Amplitud de la válvula”. Para determinar esta amplitud, la presión de cierre se resta de la la de apertura, es decir:

Amplitud  P 

Pd  Pt R

1 R

 Pvc 

Pd  Pt R

1 R



Pd (1  R )

1 R

Simplificando ndo la ecuación, se tiene :

P  TEF ( Pd  Pt )

Ejemplo 3 Calcular la amplitud de la válvula descrita en el ejemplo 1.

Solución: P  TEF( Pd  Pt )  0.11111(700 700  500 500 )  P  22 psi

Ec. (3 )

La presión para abrir la válvula es Pvo = Pd + P = 700 + 22 = 722 [psi], que es resultado obtenido anteriormente en el ejemplo 1. La ecuación (3) muestra que la amplitud de la válvula está controlada por dos factores: TEF y P t. Para un determinado asiento de la válvula, la mínima diferencia de presión ocurre cuando la presión en la tubería de producción es igual a la presión en el domo, es decir, Pt=Pd. La máxima amplitud de la válvula ocurre cuando la presión en la TP es igual a cero (Pt = 0), por lo que de acuerdo a la ecuación (3) se deduce que: Máxima amplitud de la válvula = Pmáx = TEF (Pd) La amplitud de la válvula puede ser importante cuando se tiene una instalación de bombeo continuo, pero es más importante para una instalación de bombeo intermitente donde se usan válvulas con presiones desbalnceadas. La amplitud de la válvula controla la mínima cantidad de gas que se utiliza en cada ciclo.

Gradiente de la columna de gas La presión de operación del gas de inyección está controlada en la superficie; esto es, la superficie (cero pies) se utiliza generalmente como una referencia para comparar y relacionar la posición de la posición de la válvula de BN. Para corregir desde el fondo del pozo hasta la superficie o viceversa, el ingeniero de producción debe hacer una predicción del cambio de la presión causado por la columna de gas y por las pérdidas de fricción cerca de la válvula de BN, tanto bajo condiciones estáticas como dinámicas (fluyendo). La diferencia entre el cambio de la presión estática y dinámica es la pérdida por  fricción para el flujo de gas. Si el conducto es pequeño o el gasto de gas es relativamente alto, dicha pérdida debe ser tomada en cuenta. La pérdida por  fricción corriente abajo del flujo de gas en el espacio anular de casi todas las instalaciones es muy pequeña y puede despreciarse sin considerar que se cometa un error notable. Por esta razón, la mayoría de las instalaciones de BN se diseñan considerando el incremento de presión estática del gas con la profundidad. El cálculo del incremento de presión se basa en el establecimiento de un balance de energía del flujo de gas entre dos puntos del sistema. Resolviendo dicha ecuación para un gas real y considerando un factor de compresibilidad a condiciones medias de presión y temperatura, se obtiene la siguiente expresión:

 0.01877 γ g L   zT    

Pfondo  Psup exp 

Ec. ( 4)

La ecuación (4) involucra una solución de ensaye y error, en la cual z depende de la presión de fondo y viceversa. Por esta razón, se han desarrollado gráficas basadas en esta ecuación que proporcionan buenos resultados. Una de éstas es la gráfica mostrada, en la cual para presiones y temperaturas normales, la presión se incrementa con la profundidad (gradiente de presión) en forma aproximadamente constante para una presión superficial dada. Por  consiguiente, la presión en la TR puede representarse gráficamente mediante una línea recta desde la superficie hasta la profundidad deseada.

Presión de apertura en el taller (P tro) Una vez que la presión de apertura y de cierre se han establecido para el diseño, la válvula debe calibrarse en el taller a una presión que corresponda a la presión de apertura deseada dentro del pozo. Ésta, es la presión de apertura en el taller (P tro). Nótese que en una prueba de taller la presión en la TP (P t) es de cero [psi]. Si se sustituye este valor en la ecuación (1) el resultado es: Pvo 

Pd

1 R

Ec. ( 5 )

Se supone que el domo de una válvula de BN tiene un volumen constante, por lo tanto, la presión de un domo cargado con nitrógeno se incrementa a medida que la temperatura incrementa. La presión del domo (Pd) se conoce y estará en función de la profundidad de la válvula.

Esto sisgifica que si la ecuación (5) fuera usada para pruebas de presión de apertura en el taller, cada válvula tendría que ser calentada a una temperatura igual a la cual opera en el pozo a una profundidad determinada. Para calcula la presión de apertura en el taller, la presión del domo a la profundidad de colocación de la válvula debe ser  corregida a 60 [ °F]. Por tanto, la ecuación usada para la apertura en el taller (P tro) es la siguiente: Ptro 

Pd @ 60 F

Para corregir la Pd a una temperatura de 60 [°F] se usa la ley de los gases reales de la siguiente manera: z d Td



Pd @ 60

VÁLVULA DE PURGA

F

z 60 F(520 )

MANÓMETRO

GAS A ALTA PRESIÓN

Ec. ( 6 )

1 R

Pd

Pst

PRESIÓN ATMOSFÉRICA

Entonces: Pd @ 60

F 

(520 )z 60 FPd

Ec. ( 7 )

z d Td

Obviamente puede usarse cualquier  temperatura base. Algunos fabricantes utilizan 80 [°F]. Ya que la solución es por ensaye y error, deben desarrollarse gráficas que sean fáciles de usar y estén basadas en la ecuación (7). La tabla mostrada puede utilizarse para corregir por  temperatura (60 u 80 [ °F]) un domo cargado de gas.

Ejemplo 4 Sean los siguientes datos: Presión del gas en la superficie = 800 [psi] Presión de apertura en la superficie = P so = 800 [psi] Densidad relativa del gas de inyección = 0.7 Temperatura superficial = 100 [°F] Temperatura @ 8000 [pie] = 180 [°F] Presión en la TP = P t = 655 [psi] Diámetro exterior de la válvula = 1 ½ [pg]  Área del asiento = ½ [pg2] R = 0.2652 Profundidad de la válvula = 8000 [pie] Carga de la válvula: Nitrógeno @ 60 [ °F] Determinar: a) Presión de apertura de la válvula, P vo b) Presión de cierre de la válvula, P vc = Pd c)  Amplitud de la válvula @ 8000 [pie] d) Presión superficial de cierre, P sc e)  Amplitud de la válvula en la superficie (Ps) y amplitud f) Presión de apertura en el probador, P tro @ 60 [°F]

Solución: a) La presión de apertura de la válvula a la profundidad de 8000 [pie] es igual a la presión superficial para abrir la válvula, más un incremento de la presión en el espacio anular a 8000 [pie] debido al gradiente de la columna de gas. De la figura 3A-1 se obtiene:  psi   psi  0 . 021 Pgraf   21     pie  1000 pie      8000  100  70  1.6    100   149    T graf    F 2

   psi   149  460  Pcorreg   0.021    8000 pie  170 .52 psi  140 460 pie            Pvo  170 .52  800  Pvo  970 .52 psi 

b) La presión de cierre en la válvula es igual a la presión en el domo, P d @ 180 [°F]. Pvc  Pd  Pvo (1  R )  Pt R Pvc  970 .52(1  0.2562 )  655(0.2562 )

 Pvc  889 .68 psi

c) La diferencia de presión a esta profundidad es igual a: P  Pvo  Pvc  970.52  889.68  80.84 psi  o

  0.2562   Pd  TEF ( Pvc  Pt )   889.68  655   80.84 psi  1 0 . 2562     

d) La presión superficial de cierre, P sc :

Pc  Pvc  Psc  Psc  Pvc  Pc Psc  Pvc  ( Pvo  Pso )  889 .68  (970 .52  800 )

 Psc  719 .16 psi e) La amplitud de la válvula en la superficie es igual a la presión superficial de apertura menos la presión superficial de cierre:

Ps  Pso  Psc  800  719 .16   80.84 psi

f) Para calcular la presión de apertura en el taller se utiliza la ecuación (6); la presión del domo puede ser calculada utilizando la tabla 30.1 para una temperatura de la válvula de 180 [°F]: Ct 

Pd @ 60 F Pd @ 180 F

 0.795  Pd @ 60 F  0.795 Pd @ 180 F

Pd @ 180 F  Pvc  889 .68 psi

 Pd @ 60 F  0.795 (889 .68)  707 .30 psi Entonces : Ptro 

Pd @ 60 F

 Ptr o

707 .30 1 R 1  0.2562  950 .93 psi



Cálculo del gasto del gas de inyección y del diámetro del orificio de la válvula Las ecuaciones siguientes permiten calcular, respectivamente, el gasto del gas de inyección y el diámetro del orificio de una válvula. 

Gasto de gas de inyección requerido: q gir





Ec. ( 8 )

(q o )(RGAi )

Diámetro del orificio:  4C A  d o  64  d   π 

0.5

Ec. (9 )

d o : en 64avos de pu lg ada

Donde: Cd A 

qg k 1  2    k  k          64.34k    P2    P2    155 500 P1     P   γ g ( T  460 )( k   1)   P1    1        

; 0.5

k  

cp cv

Ec. (9a )

RELACIÓN DE CALORES ESPECÍFICOS EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA Y LA DENSIDAD RELATIVA

ESPECIFICACIONES PARA VÁLVULAS CAMCO DE BOMBEO NEUMÁTICO OPERADAS POR PRESIÓN

Válvula desbalanceada operada por presión del gas de inyección Válvula cerrada a punto de abrir  Balance de fuerzas: Fc

Pb t A b

Fo

Pg ( A b

Fo

Fc

Pst ( A b Av )

Av ) Pt A v Av

Pg

Pv o

1 Si

R

Av Ab

Pb t Av

Pt

1

Ab

Pv o

Ab Av

Pst

Ab

Pbt

1

Pt R R

Pst

Válvula desbalanceada operada por presión del gas de inyección Válvula abierta a punto de cerrar  Balance de fuerzas: Fc

Pb t A b

Fo

Pg A b

Fo

Fc

Pg

Pv c



Pv c



Pst ( A b

Pb t Pb t



Pst (1

Av )

Av Ab

Pst (1 R)

)

a.2) Válvula reguladora de presión También es llamada válvula proporcional o de flujo continuo. Las condiciones imperantes son las mismas a las de la válvula de presión en la posición cerrada. Requiere un aumento de presión en el espacio anular para abrir y una reducción de presión en la TP o en la TR para cerrar.

a.3) Válvula desbalanceada operada por fluidos de la formación (presión en la TP) La válvula operada por fluidos de la formación es 50 a 100 % sensible a la presión en la TP en la posición cerrada y 100 % sensible a la presión en la TP en la posición abierta. Esta válvula requiere un incremento en la presión de la TP para abrir y una reducción en la presión de la TP para lograr el cierre.

Válvula desbalanceada operada por fluidos de la formación Válvula cerrada a punto de abrir: Fc  Pbt A b  Pst ( A b  A v ) Fo 

Pt





Pt ( A b

Pvo





A v )  Pg A v

Pbt



Pg R

1 R



Pst

Válvula abierta a punto de cerrar: Fc  Pbt A b  Pst ( A b  A v ) Fo 

Pt



Pvc

 

Pt A b Pbt



Pst (1  R )

b) Válvulas balanceadas (operadas por presión en la TR) Este tipo de válvula no está influenciada por la presión en la TP cuando está en la posición cerrada o en la posición abierta. La presión en la TR (Pc) actúa en el área del fuelle durante todo el tiempo. Esto significa que la válvula cierra y abre a la misma presión (presión de domo).

Haciendo un balance de fuerzas similar al de las válvulas desbalanceadas, se obtienen las ecuaciones tanto de apertura como de cierre para las válvulas balanceadas.

Pvo = Pbt Pvc = Pbt POSICIÓN

POSICIÓN

CERRADA

ABIERTA

Válvula diferencial Válvula cerrada a punto de abrir: Fc Fo 



Pg



Pg A v

Pst A v 

Pv o

Pt A v





Pst

Pt



Válvula abierta a punto de cerrar: Fc Fo 



Pg



Pg A v

Pst A v 

Pv c





Pt A v

Pst



Pt

c) Válvulas para bombeo neumático continuo Este tipo de válvulas debe ser  sensible a la presión en la TP cuando está en la posición de apertura, es decir, responderá proporcionalmente al incremento y decremento de la presión en la TP. Cuando la presión decrezca, la válvula debe empezar a regular el cierre para disminuir el paso del gas. Cuando la presión en la TP se incrementa, la válvula debe regular la apertura en la cual se incrementa el flujo de gas a través de la misma. Estas respuestas de la válvula mantienen estabilizada la presión en la TP o tienden a mantener una presión constante. En la figura se muestra la respuesta a la inyección de gas de una válvula de BN para flujo continuo

4 3

2 1 5 PRESIÓN EN LA TUBERÍA, Pt 1.PRESIÓN DE APERTURA

2. PVC , PRESIÓN DE CIERRE (INICIA EL CONTROL DE FLUJO) 3. LÍMITE DEL RANGO DE CONTROL 4. MÁXIMO FLUJO 5. Pc, PRESIÓN DE CIERRE

d) Válvulas para bombeo neumático intermitente Este tipo de bombeo puede llevarse a cabo con cualquiera de las válvulas existente para BN, pero éstas deben ser diseñadas de acuerdo a las características o condiciones de trabajo del pozo. Básicamente se tienen dos tipos de bombeo intermitente: uno es el de punto único de inyección y otro es el de punto múltiple de inyección. En el de punto único de inyección, todo el gas necesario para subir el bache de aceite se inyecta a través de la válvula operante. En el de punto múltiple de inyección, la expansión del gas actúa sobre el bache de aceite, empujándolo hacia una válvula posterior por medio de otra válvula que se encuentra inmediatamente debajo del bache. La válvula que se encuentra debajo actúa como la válvula de operación. Todas las válvulas que se tienen en la sarta de producción no necesitan estar  abiertas en el tiempo que se aplica este tipo de bombeo. El número de válvulas abiertas va a depender del tipo de válvula utilizada, del diseño de Bn, y en sí, de toda la configuración del bombeo neumático

A SEPARADOR

ESTRANGULADOR

REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA PRESIÓN DE FONDO FLUYENDO MECANISMO DEL BOMBEO NEUMÁTICO EN FLUJO CONTINUO

TERMINACIÓN TEÓRICA DEL SISTEMA DE BNC DE DOS ETAPAS CON LAS CURVAS DE GRADIENTE DE PRESIÓN

DIAGRAMA DEL

CURVAS DE PRESIÓN PARA

INSTALACIÓN DE BN ESTÁNDAR

INSTALACIÓN DE BN DE DOS ETAPAS

CASOS EN LOS QUE PUEDE  APLICARSE LA INSTALACIÓN DE BN DE DOS ETAPAS

BAJA Pws Y BUEN ÍNDICE DE PRODUCTIVIDAD

BUENA Pws Y ALTO ÍNDICE DE PRODUCTIVIDAD

 A LA PROFUNDIDAD DE LA ZONA DE LA TERMINACIÓN, DONDE LA P ES PEQUEÑA DEBIDO A LA ALTA PRESIÓN DE FLUJO DE LA COLUMNA DE FLUIDO

2

1

EN CUALQUIER POZO DONDE LA MEDIDA DE LA TP APROPIADA SE A PEQUEÑA (1), PERO LA MEDIDA DE LA TR SEA LO BASTANTE GRANDE PARA PERMITIR UNA INSTALACIÓN CONVENIENTE DE BN DE DOS ETAPAS

COMPARACIÓN DE LOS TRAZOS DE LAS CURVAS DE PRESIÓN ENTRE LAS INSTALACIONES DE BN ESTÁNDAR Y LA DE DOS ETAPAS PARA DIFERENTES YACIMIENTOS Y CARACTERÍSTICAS DEL POZO

5000 PROFUNDIDAD DE

300

INJECCIÓN Qmax

2   0   5   0 

4900

Pr  = 2400 [psia] IP = 3 [bpd/psi] Pso = 900 [psia] TP: 

8000 [pie]



2 ⅞ [pg] d.e.

   ]   e    i   p    [  ,    N     Ó    I    C    C    E    Y 4800    N    I    E    D    D    A    D    I    D    N    U    F    O    R 4700    P

qL

   ]    d   p    b    [  ,    E    T    I    E    C    A    E    D    O    T    S    A    G

Pwh

Pwf

Línea de flujo: 

4000 [pie]



3 [pg] d.e.

P  R  E   S  I    Ó  N  D  E  F   O N  D   O F  L   U  Y  E  N  D   O  ,  [    p  s i    ]  

250 2   0   0   0 

200

1   9   5   0 

150 4600 1   9   0   0 

RGA, [pie 3/bbl] 4500

100 400

800

1200

1600

CURVA DE DESEMPEÑO DE BOMBEO NEUMÁTICO

P  R  E   S  I    Ó  N  E  N  L  A   C  A  B  E  Z  A  D  E  L  P   O Z   O  ,  [    p  s i    ]  

GASTOS MÁXIMO Y MÍNIMO APROXIMADOS PARA UNA CORRECTA OPERACIÓN DE FLUJO CONTINUO

CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES DE BN El tipo de instalación está condicionada por la decisión de hacer producir un pozo con bombeo neumático continuo o intermitente. Las válvulas están diseñadas de modo que funcionen como un orificio de apertura variable para el caso de BNC, dependiendo de la presión de la TP; o bien, pueden tener un asiento amplio y suministrar un volumen de gas rápidamente a la TP para desplazar el bache de líquido para el caso de BNI.

Las características del pozo, el tipo de terminación, así como la posible producción de arena y la conificación de agua y/o gas son condiciones de vital importancia que influyen en el diseño de una instalación. Para determinar el tipo de instalación inicial a utilizar, se debe decidir en función del comportamiento futuro del pozo, incluyendo el decremento de la Pwf  y del IP. Existen tres tipos de instalaciones de BN:   Abierta  Semicerrada  Cerrada

INSTALACIÓN ABIERTA El aparejo de producción queda suspendido dentro del pozo sin empacador. El gas se inyecta en el espacio anular formado entre la TP y la TR y los fluidos contenidos en la TP son desplazados. Esto permite la comunicación entre la TP y la TR, de modo que esta instalación queda restringida a pozos con buenas características y que presenten un nivel alto de fluido que forme un sello o tapón. Normalmente esto puede involucrar  exclusivamente a pozos que se exploten con BNC.

INSTALACIÓN SEMICERRADA Es similar a la instalación abierta excepto que se adiciona un empacador  que sirve de aislante entre la TP y la TR. Este tipo de instalación puede utilizarse tanto para bombeo neumático continuo como para intermitente. Para el caso del último, el empacador  aisla a la formación de la presión que se tenga en la TR. Sin embargo, esta instalación permite que la presión del gas en la TP actúe contra la formación.

INSTALACIÓN CERRADA Es similar a la instalación semicerrada excepto que se coloca una válvula de pie en la TP. Aunque la válvula de pie se coloca normalmente en el fondo del pozo, se puede colocar  inmediatamente debajo de la válvula operante. La válvula de pie evita que la presión del gas de inyección actúe contra la formación.

PRODUCCIÓN

PRODUCCIÓN

PRODUCCIÓN

ENTRADA

ENTRADA

ENTRADA

DE

DE

DE

GAS

GAS

GAS

APLICACIÓN PARA FLUJO CONTINUO

APLICACIÓN PARA FLUJO INTERMITENTE

OPERACIÓN DE SISTEMAS DE BNC El éxito o fracaso de cualquier instalación de BN radica casi exclusivamente en el personal que la maneja.  Aunque las válvulas de BN se han perfeccionado al grado de que son por lo menos parcialmente automáticas, las instalaciones requieren estrecha vigilancia tanto en la etapa de descarga como durante el periodo de ajustes, hasta que la inyección del gas se haya regulado debidamente.

Descarga Una vez instaladas las válvulas de BN, el paso siguiente es la descarga de los fluidos del pozo. La finalidad de la operación es la de permitir que el gasto llegue a la válvula neumática de trabajo sin excesivas presiones iniciales, para conseguir  la estabilización del régimen de producción. Cuando en un pozo se instalan válvulas neumáticas por primera vez, el espacio anular  se encuentre tal vez lleno de fluido (generalmente lodo) que se ha usado para controlarlo, por lo cual es necesario descargarlo.

El método de descarga continua debe ser de operación ininterrumpida. Las válvulas se espacian de modo que el pozo se descarga por sí mismo, controlándose el gas en la superficie.  A continuación, se describe una operación de descarga continua. Se observa que el aparejo de producción tiene cuatro válvulas de BN y sus correspondientes presiones de operación son de 625, 600 575 y 550 [psi]. Suponiendo que al empezar el pozo está lleno de fluido de control hasta la superficie, para descargarlo se siguen los pasos que se indican a continuación.

AL SEPARADOR ESTRANGULADOR GAS DE INYECCIÓN VÁLVULA SUPERIOR ABIERTA, 625 [psi]

SEGUNDA VÁLVULA ABIERTA, 600 [psi] TERCERA VÁLVULA ABIERTA, 575 [psi] VÁLVULA OPERANTE ABIERTA, 550 [psi]

Paso 1. El gas se inyecta lentamente en el espacio anular a través de una válvula de aguja (estrangulador). Inmediatamente el fluido de control empieza a salir por la TP. La práctica común es descargar el fluido en una presa, hasta que empiece a salir gas a través de la primera válvula o hasta que en la corriente aparezca gas. Es importante efectuar la operación lentamente para que los fluidos que pasen por las válvulas no las dañen. Paso 2. A medida que al espacio anular se le aplica gas continuamente, la presión en la TR debe subir gradualmente para que el fluido siga ascendiendo por la TP. Paso 3. La válvula número 1 (625 [psi]) no tarda en quedar al descubierto, ya que el gas pasa a la TP. Esto se observa en la superficie por el aumento instantáneo de la velocidad del flujo que sale por el extremo de la TP.

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

Paso 4. La descarga del pozo es una mezcla de gas y líquidos, y la presión en la TR se estabiliza a 625 [psi], que es la presión de operación de la válvula 1. Para no desperdiciar gas, el flujo puede direccionarse a los separadores. Paso 5. La inyección de gas en el espacio anular hace que el nivel de líquido siga bajando hasta que la válvula 2 (600 [psi]) queda al descubierto debido a que el gradiente es aligerado considerablemente por el gas. Por ejemplo, si el fluido de control tiene un gradiente de 0.5 [psi/pie], con la inyección de gas puede bajar a 0.1 [psi/pie] en la TP, con el consecuente cambio en el gradiente de presión, dependiendo a qué profundidad esté la válvula 1.

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA ABIERTA

Si la presión del gas al pasar por la válvula 1 es de 50 [psi], y suponiendo que esté a una profundidad de 1250 [pie], la presión del gas en la superficie es de 50 + (1250*0.1) = 175 [psi]. Quedan entonces 625  – 175 = 450 [psi] para trabajar el pozo hasta la válvula 2. Así, se determina también el espaciamiento de dicha válvula, el cual es de (450/0.5) = 900 [pie]. Entonces, la válvula 2 se instala a 1250 + 900 = 2150 [pie]. Paso 6. Tan pronto la válvula 2 queda descubierta, el gas entra en ella a la profundidad de 1250 [pie]. Además, la presión en la TR baja a 600 [psi], ya que la válvula 2 funciona con 25 [psi] menos que la válvula1. El gradiente de presión en la TP baja a 0.1 [psi/pie] de la válvula 2 a la superficie; La presión de la TP a la altura de esta válvula es de 50 + (2150*0.1) = 265 [psi]. Queda así una diferencia de 600  – 265 = 335 [psi] para llegar  hasta la válvula 3, situada a 2150 + (335/0.5) = 2820 [pie].

CERRADA

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

Paso 7. El gas se inyecta continuamente hasta llegar a la tercera válvula y la operación se repite hasta llegar a la cuarta. Durante la descarga del pozo, la presión de fondo baja al punto en el que los fluidos de la formación empiezan a entrar en el fondo de la TP. En este momento, la composición de los fluidos en la TP empieza a cambiar, transformándose en una mezcla de los fluidos que se están desplazando del espacio anular y los que salen de la formación. Cuando esto ocurre, la producción de descarga del pozo tiende a bajar, hasta que se llega a la válvula de operación (cuarta válvula). Paso 8. Tan pronto se llega a la válvula 4 (a 3306 [pie]), la TR se estabiliza a 550 [psi] de presión de operación en la superficie y el pozo entra en producción.

CERRADA

CERRADA

ABIERTA

CERRADA

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

ABIERTA

DISEÑO DE INSTALACIONES DE BN Diversos factores intervienen en el diseño de instalaciones de BN; uno de los primeros es que el pozo esté produciendo el flujo de manera continua o intermitente. Otro factor que influye es el conocimiento de cuál tipo de flujo es mejor.  Algunas de la válvulas de BN pueden emplearse en ambos flujos, sin embargo, otras válvulas pueden ser usadas únicamente para uno u otro caso.

Las razones de emplear válvulas de BN son: 1. Descargar los fluidos del pozo e inyectar el gas en un punto óptimo de la TP. 2. Crear la Pwf  necesaria para que el pozo pueda producir el gasto deseado controlando tanto el gas de inyección en la superficie como el gas producido.

La localización de las válvulas de BN en el punto óptimo está influenciada por: a) La presión del gas disponible para descargar el pozo. b) La densidad del fluido o gradiente de los fluidos en el pozo a un determinado tiempo de descarga. c) El comportamiento de afluencia al pozo durante el tiempo de descarga. d) La presión a boca del pozo (contrapresión entre el pozo y la central de recolección) que hace posible que los fluidos puedan ser producidos y descargados.

e)

f)

El nivel de fluido en la TP (espacio anular), ya sea que el pozo haya sido cargado con fluido de control o se haya prescindido de éste. La Pwf  y las características de los fluidos producidos del pozo.

Las instalaciones de BN pueden ajustarse de tal manera que se obtenga la máxima producción en óptimas condiciones, para lo cual debe considerarse el abatimiento de la Pwf .  Al hacer esta consideración, es necesario instalar dos o tres válvulas de BN adicionales por abajo del punto de inyección.

DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE INYECCIÓN ÓPTIMO EN UNA INSTALACIÓN DE BNC En el diseño de una instalación de BNC, primero debe localizarse el punto óptimo de inyección de la válvula operante.  A continuación, se describe un procedimiento general para los diferentes tipos de válvulas: 1. Graficar en papel con coordenadas rectangulares, la profundidad en el eje de las ordenadas, siendo igual a cero en la parte superior y presentando su valor máximo en el punto de referencia (empacador, intervalo medio productor). 2. En el eje de las abscisas graficar la presión, con cero en el origen hasta una presión máxima. 3. Trazar la presión estática (P ws) a la profundidad del intervalo medio productor.

4. 5.

6.

7.

 A partir del IP, calcular la Pwf  correspondiente al gasto deseado e indicar este valor a la profundidad de referencia. Partiendo de la Pws prolongar la línea de gradiente estático hasta intersectar el eje de las ordenadas; este punto corresponde al nivel estático dentro del pozo. Desde el punto de la Pwf , graficar el perfil de presión (línea del gradiente fluyendo) abajo del punto de inyección. El punto en el cual el gradiente intersecta al eje de las ordenadas es el nivel dinámico. Señalar en el eje de las abscisas la presión máxima del gas de inyección (presión de arranque), la presión disponible y la presión de operación. La presión de operación generalmente se fija 100 [psi] debajo de la presión disponible, y ésta, 50 [psi] debajo de la presión de arranque.

Trazar la línea de gradiente de gas correspondiente a la presión de operación y a la presión disponible hasta intersectar la línea del gradiente fluyendo establecido en el paso 6. 9. Marcar el punto donde la presión de operación intersecta la línea de gradiente fluyendo como el punto de balance entre la presión en el espacio anular y la presión en la TP. 10. Partiendo del punto de balance y sobre la línea de gradiente fluyendo, determinar el PUNTO DE INYECCIÓN DEL GAS restando 100 [psi] del punto de balance. 11. Marcar la presión de flujo en la TP (P wh) a la profundidad de cero. Esta presión es igual a cero si el pozo descarga al quemador y tiene un valor positivo si descarga al separador. 8.

12. Unir

el punto de inyección y la presión de flujo en la cabeza del pozo, seleccionando la curva de gradiente de presión o bien la correlación de flujo multifásico correspondiente; esta curva será la del gradiente de presión de flujo arriba del punto de inyección. Dicha curva proporciona la RGA total que se requiere para producir el pozo al gasto deseado. La RGA inyectada es igual a la diferencia entre la RGA total y la de los fluidos de la formación. Si no se dispone de curvas de gradiente o de correlaciones de flujo multifasico, el punto de inyección y la P wh pueden unirse con una recta para propósitos de “espaciamiento de válvulas”.

PROCEDIMIENTO GRÁFICO PARA EL ESPACIAMIENTO DE LAS VÁLVULAS BALANCEADAS DE BNC Después de determinar el punto de inyección, el espaciamiento de las válvulas balanceadas en una instalación de BN se determina de la siguiente manera: a) Trazar la línea del gradiente de fluido de control, partiendo de la Pwh. b) Extender la línea anterior hasta intersectar la línea de presión disponible del gas de inyección; esta profundidad corresponde a la posición de la primera válvula. c) Desde el punto anterior, trazar una línea horizontal hasta intersectar la línea de gradiente de presión de flujo arriba del punto de inyección. d) Del punto de intersección anterior, trazar una paralela a la línea de gradiente del fluido de control hasta intersectar la línea de gradiente de presión disponible menos 25 [psi]. Esta profundidad corresponde a la segunda válvula.

Reducir la presión en 25 [psi] del punto de intersección determinado en el paso anterior y trazar hacia abajo la línea de gradiente de presión del gas de inyección. f) Trazar una línea horizontal a la izquierda desde la posición de la válvula 2 hasta intersectar la línea de gradiente de flujo arriba del punto de inyección. g) Desde este punto, trazar una línea paralela al gradiente de fluido de control, hasta intersectar la nueva línea de gradiente de gas determinado en el paso (e); esta profundidad corresponde a la tercera válvula. h) Repetir el procedimiento descrito en los pasos e, f y g, hasta alcanzar el punto de inyección del gas. e)

PROCEDIMIENTO GRÁFICO PARA EL ESPACIAMIENTO DE LAS VÁLVULAS 

Colocar una o dos válvulas abajo del punto de inyección, previendo posibles reducciones en la presión media del yacimiento así como cambios en la productividad del pozo.  j) Determinar el diámetro del orificio, empleando gráficas o la fórmula propuesta por el Ing. Francisco Garaicochea. k) Trazar la línea de gradiente geotérmico desde la temperatura de flujo en la superficie hasta hasta la temperatura de flujo en el fondo del pozo. l) Determinar la temperatura correspondiente a la profundidad de colocación de cada válvula . m) Determinar la Pso de cada válvula, disminuyendo en 25 [psi] la presión entre válvula y válvula, iniciando para la primera con un valor igual a 25 [psi] abajo de la presión disponible del gas de inyección. i)

PROCEDIMIENTO GRÁFICO PARA EL ESPACIAMIENTO DE LAS VÁLVULAS 

n) o)

Determinar la presión de calibración del domo a 60 [ºF]. Preparar una tabla final indicando:      

Número de válvula Profundidad Temperatura Pso (presión superficial) Pvo (presión de apertura de la válvula) Presión del domo, Pd

PROCEDIMIENTO GRÁFICO GRÁFI CO PARA EL ESPACIAMIENTO ESPACIAMIENTO DE LAS LA S VÁLVULAS 

PROCEDIMIENTO GRÁFICO PROCEDIMIENTO GRÁFICO PARA EL ESPACIAMIENTO DE LAS VÁLVULAS DESBALANCEADAS DESBALANCEADA S DE BNC Después de determinar el punto de inyección, el espaciamiento de las válvulas desbalanceadas en una instalación de BN se determina de la siguiente manera: a)  Adicionar 200 [psi] a la presión en la TP fluyendo en la cabeza del pozo y marcar este punto a la profundidad de cero. Trazar una línea recta desde este punto, al correspondiente punto de inyección de gas; esta línea representa la presión en la TP de diseño. b) Trazar la línea de gradiente de fluido de control, partiendo de una presión de cero o de la presión fluyendo en la boca del pozo, ya sea que éste descargue al quemador o al separador, hasta intersectar la línea de gradiente que corresponde a la presión disponible del gas de inyección; este punto determina la profundidad de la primera válvula.

c)

d)

e)

f) g)

Trazar una línea horizontal, desde el punto determinado en el paso anterior, hasta intersectar la línea que corresponde a la presión en la TP de diseño. Desde la intersección anterior, trazar una paralela a la línea de gradiente del fluido de control hasta intersectar la línea correspondiente a la presión de operación del gas de inyección. Este punto determina la profundidad de la segunda válvula. Repetir el procedimiento anterior entre la presión en TP de diseño y la presión de operación del gas de inyección, hasta alcanzar el punto de inyección. Trazar el gradiente geotérmico entre la temperatura en la boca del pozo y la temperatura del fondo. Determinar la presión en TP de cada válvula a la profundidad correspondiente.

PROCEDIMIENTO GRÁFICO GRÁFI CO PARA EL ESPACIAMIENTO ESPACIAMIENTO DE LAS LA S VÁLVULAS 

h) i)  j)

k)

l)

Tabular la presión en TP de diseño y la presión fluyendo en TP real para cada válvula a la profundidad correspondiente. Fijar la presión superficial de apertura de la primera válvula 50 [psi] debajo de la presión disponible del gas de inyección. Seleccionar las presiones superficiales de apertura del resto de las válvulas, dejando una diferencia de 10 [psi] entre válvula y válvula, en forma decreciente y partiendo de la presión superficial de apertura de la primera válvula. Determinar la presión de apertura de cada válvula (Pvo) a la profundidad correspondiente, sumándole el peso de la columna de gas a cada válvula Utilizando la presión en la TP de diseño, la presión de apertura de cada válvula y el diámetro del orificio seleccionado, calcular la presión de cierre frente a la válvula (Pvc), la cual es también la presión del domo.

PROCEDIMIENTO GRÁFICO PARA EL ESPACIAMIENTO DE LAS VÁLVULAS 

m) n)

Determinar la presión del domo de cada válvula a 60 u 80 [°F]. Calcular la presión de apertura en el probador (taller) para cada válvula de 60 [ °F] utilizando la siguiente expresión: Pt ro

Pd @ 60 F 1 R

o)

Determinar la presión de apertura (Pvo) de cada válvula a la profundidad correspondiente, utilizando la expresión de flujo real en la TP: Pd Pt R Pv o 1 R

p)

Determinar la presión superficial de apertura de cada válvula bajo condiciones reales de operación, previendo que no habrá interferencia entre válvulas.

PROCEDIMIENTO GRÁFICO PARA EL ESPACIAMIENTO DE LAS VÁLVULAS 

q) r)

Hacer cualquier ajuste necesario. Presentar en una tabla los siguientes resultados:    



 

Número de válvula Número de válvula Profundidad Presión en TP diseño (Pt diseño) Presión en TP fluyendo (Pt real) Pso (diseño) Pvo (diseño)

     

Pd @ Tv Psc Pd @ 60 [°F] Ptro Pso (real) Pvo (real)

PROCEDIMIENTO GRÁFICO PARA EL ESPACIAMIENTO DE LAS VÁLVULAS 

EJEMPLOS 1. Calcular el espaciamiento de válvulas y mostrar una tabla de resultados para una instalación de BNC con válvulas balanceadas, dados los siguientes datos: qo = 800 [bpd] Pws = 2500 [psi] IP = 2 [bpd/psi] TP

= 2 ⅜ [pg] d.e.

Profundidad media del intervalo disparado = 8000 [pie] Densidad del gas de inyección = 0.65 Pth = 100 [psi] Presión superficial del gas de inyección = 800 [psi] Temperatura superficial = 100 [°F] Temperatura en el fondo del pozo = 200 [°F] Gradiente del fludo de control = 0.45 [psi/pie] Densidad del aceite = 35 ° API

Solución a)

Presión de fondo fluyendo: IP Pw f 

qo Pw s 2500

Pw f 

Pw f  800

2100

2

Pw s

qo IP

psi

b) Gradiente estático y gradiente fluyendo abajo del punto de inyección:

Para una densidad de 35 °API y con 0 % de agua, se obtiene un gradiente de 0.368 [psi/pie] (figura 3K). Nivel estático 8000 Nivel dinámico

8000

2500 0.368 2100 0.368

1206 .52 pie 2293 .48 pie

c)

Gradientes de gas a la presión de operación y a la presión disponible:

De la gráfica 3 A  1 :

 Con 800 psi  y con γ g  0.65, se tiene una P  19 psi  por cada 1000 pie  de profundida d 

T calculada 

  profundida d    8000     100  70  1.6  100   100            149 F

100  70  1.6



2

2

 T calculada  460   149  460  Pcorregida  Pleída    19    18 .97 psi  por cada 1000 pie  de profundida d  150  460    T real  460    Con 900 psi  y con γ g  0.65, se tiene una P  21 .2 psi  por cada 1000 pie  de profundida d  149  460  Pcorregida  21 .2    21 .17 psi  por cada 1000 pie  de profundida d  150  460 

Entonces, las líneas de gradiente del gas son: Profundidad [pie] 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Pso [psi] 800 818.97 837.94 856.91 875.88 894.84 913.81 932.78 951.75

Pdisp [psi] 900 921.17 942.33 963.50 984.66 1005.83 1026.99 1048.16 1069.32

d)

Línea de gradiente del fluido de control: gradFc = 0.45 [psi/pie] Presión = Pwh + (gradFc)(profundidad) Profundidad [pie] 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P [psi] 100 212.5 325.0 437.5 550.0 662.5 775.0 887.5 1000.0

e) f)

Restándole 100 [psi] al punto de balance, se obtiene el punto de inyección, el cual está a una profundidad de 4300 [pie]. Presión de apertura de cada válvula a la profundidad correspondiente (P vo) y presión de calibración del domo (P d): Válvula 1 :

 Con Pso  875 psi  y con γ g  0.65, se tiene una P  20 .7 psi  por cada 1000 pie  de profundidad

T calculada  T real 

 

 1850      100    99 .8 F

100  70  1.6 2

100  123 .75  111 .9 F 2

  20 .7    99 .8  460   Pcorregida    1850   37 .48 psi   1000   111 .9  460  Pvo  Pso  Pcorregida  875  37 .48  912 .48 psi 

De la tabla 30 .1, C t  0 .8800 , y como C t 

Pd @ 60 F Pvo @ 123 .75  F

Entonces, Pd  (0 .8850 )(912 .48 )  802 .99 psi 



Pd  ( C t )( Pvo @ 123 .75  F)

Cálculo del gasto de gas: qgi = (RGAI)qo Suponiendo una RGA de inyección de 400 [pie 3/bl] qgi = (400)*800 = 320 000 [pie 3/día] Factor de correción del gasto de gas de inyección: Fc = 0.0544(g*T)0.5 = 0.0544[0.65(153.75+460)] 0.5 = 1.086554039 Entonces, el gasto de gas de inyección corregido es: qgic = (320 000)(1.086554039) = 347697.2925 [pie 3/día]

g)

h)

Diámetro del orificio. Relación de calores específicos, con T PI = 153.75 [ °F] y g = 0.65, se obtiene que k = 1.26 (figura 2.20A)

Cd A 

 

φ

φ

347697 .2925

  64 .34(1 .26 ) 800      155 500 ( 880 .66 )    ( 0.65 )(153 .75  460 )(1 .26  1)  880 .66    4 0.022123906  64  π 



11 3 pg   pg  64 16

 0 . 5 

2 1.26

  800      880 .66 

1.26 1 1.26

     

0 .5

 0.022123906

g)

Resultados

Válvula Profundidad [pie]

T [°F]

Pso [psi]

Pcorreg [psi]

Pvo [psi]

Ct

Pd [psi]

1

1850

123.75

875

37.48

912.48

0.8800

802.99

2

3100

138.75

850

60.97

910.97

0.8555

779.34

3

3900

148.75

825

74.99

899.99

0.8400

755.99

4

4300

153.75

800

80.66

880.66

0.8325

733.15

5

4550

156.90

775

83.17

858.17

0.8270

709.70

Presión [psi]

0

500

0

1000 1206.52

2000 2293.48

   ]   e    i   p    [    d   a    d    i    d   n   u    f   o   r    P

1000

1500

2000

2500

3000

800 900

Gradiente del gas de inyección Gradiente del fluido de control

Nivel estático

Gradiente de temperatura Nivel dinámico

Gradiente fluyendo arriba de punto de inyección (RGAI = 400)

3000

4000 Punto de inyección 5000

6000

Punto de balance

Gradiente e stático

7000 Gradiente fluyendo abajo de punto de inyección 8000

2500 100 [°F]

200 [°F]

2. Empleando las curvas de gradiente de presión para flujo multifásico vertical, determinar la producción que se obtiene de un pozo con los siguientes datos: Profundidad media del intervalo disparado = TP = RGA = Pws = Pwf  = Densidad relativa del aceite = Densidad relativa del gas = Pwh = qo =

8000 [pie] 2 ⅞ [pg] 400 [pie3/bbl] 3000 [psi] 2600 [psi] 0.85 0.75 300 [psi] 1000 [bpd] (0 % de agua)

Solución Para determinar la producción se suponen gastos de los cuales se disponga curvas de gradiente de presión correspondiente. Se encuentra la profundidad equivalente a la presión en la cabeza del pozo (P wh) y posteriormente se adiciona la profundidad total, para finalmente encontrar la presión de fondo fluyendo. Los resultados son (para d.i. = 2.441 [pg])) :

Curva de IP :

Curva de capacidad de transporte:

IP 

qo [bpd] 50 100 200 300 400 500 600 700 800

Pwf [psi] 2840 2480 2120 2080 2090 2110 2120 2140 2160

qo [bpd] 900 1000 1200 1500 2000 2500 3000 4000

Pwf [psi] 2170 2190 2220 2270 2380 2500 2640 2960

qo Pws  Pwf 



1000  2.5 bpd / psi 3000  2600

Si q o  0  Pws  Pwf   3000 bpd / psi  Si q o  3000 entonces Pwf   Pws 

qo IP

 3000 

3000  1800 bpd . 2.5

El gasto aportado por el pozo para las condiciones dadas es el punto de intersección entre las ambas curvas, es decir:

qo = 1710 [bpd]

3. Suponiendo que P ws desciende a 2400 [psi] y que para la misma producción de

1000 [bpd], Pwf  = 2000 [bpd].

a) ¿Cuál es la producción del pozo para las mismas condiciones? En este caso, el valor del índice de productividad permanece constante y lo que cambia es la curva de IP para las condiciones dadas: Si q o  0  Pws  Pwf   2400 bpd / psi Si q o  3000 entonces Pwf   Pws 

qo IP

 2400 

El gasto aportado por el pozo para las condiciones dadas es el punto de intersección entre ambas curvas, es decir:

qo = 675 [bpd]

3000  1200 bpd . 2 .5

b) ¿Cuál es la Pws a la que el pozo dejará de fluir con la TP de 2 ⅞ [pg]? La Pws a la cual el pozo dejará de fluir bajo condiciones estables corresponde al punto de presión mínima de la curva de capacidad de transporte. Para determinar la Pws, se traza una recta paralela a la del IP que pase por el punto de presión mínima. La prolongación de esta recta al eje de las presiones nos da la Pws y la Pwf  a la que el pozo dejará de fluir. El toque tangencial de una recta paralela a la recta de IP, con la curva de capacidad de transporte, nos da la Pws y la Pwf  a la cual el pozo dejará de fluir  bajo condiciones inestables. El resultado es: Para condiciones estables:

Pws = 2270 [psi] y Pwf = 2100 [psi]

Para condiciones inestables:

Pws = 2175 [psi] y Pwf = 2085 [psi]

3000

2500

2000    ]    i   s   p    [    P

1500 CAPACIDAD DE TRANSPORTE, TP = 2 INDICE DE PRODUCTIVIDAD 1 INDICE DE PRODUCTIVIDAD 2 CONDICIONES ESTABLES CONDICIONES INESTABLES

⅞

[pg]

1000

500 0

500

1000

1500 q [bpd]

2000

2500

3000

c) ¿Qué producción aporta el pozo con una TP de 2 ⅜ [pg]? Para determinar la producción que aporta el pozo se sigue el mismo procedimiento que con la TP de 2 ⅞ [pg] para encontrar la Pwf  suponiendo diferentes gastos. Los resultados son (para d.i. = 1.991[pg]): qo [bpd] 50 100 200 300 400 500 600 700

Pwf [psi] 2560 2300 2080 2160 2140 2160 2200 2240

qo [bpd] 800 900 1200 1500 2000 2500 3000

Pwf [psi] 2280 2320 2440 2560 2800 3050 3300

 Al hacer la gráfica con estos valores se obtiene: qo = 1290 [bpd] @ P ws = 3000 [psi] qo = 550 [bpd] @ P ws = 2400 [psi]

d) ¿Cuál es la producción si se emplea una TP de 3 ½ [pg]? Nuevamente, se sigue el mismo procedimiento que en el inciso anterior  Los resultados son (para d.i. = 2.991[pg]):

qo [bpd] 100 200 300 400 500 600 700 800

Pwf [psi] 2800 2360 2160 2100 2060 2040 2030 2040

qo [bpd] 900 1000 1200 1500 2000 2500 3000 4000

Pwf [psi] 2050 2060 2090 2110 2140 2160 2210 2400

 Al hacer la gráfica con estos valores, puede observarse que: qo = 2120 [bpd] @ P ws = 3000 [psi] qo = 880 [bpd] @ P ws = 2400 [psi]

3500

3000

2500

   ]    i   s   p    [    P

2000

1500 CAPACIDAD DE TRANSPORTE, TP = 2 ⅜ [pg] CAPACIDAD DE TRANSPORTE, TP = 2 ⅞ [pg] CAPACIDAD DE TRANSPORTE, TP = 3 ½ [pg] ÍNDICE DE PRODUCTIVIDAD 1 ÍNDICE DE PRODUCTIVIDAD 2

1000

500 0

500

1000

1500 q [bpd]

2000

2500

3000

4. Diseñar la instalación de BNC considerando la siguiente información adicional: qo = Pdisponible = Pso = Pwh = Densidad relativa del gas de inyección = Densidad del fluido de control = TR = TP = Profundidad del empacador = Twh = Tfondo = P en la válvula operante = Tcalculada en el taller  = RGAN =

2000 [bpd] (0 % de agua) 1000 [psi] 950 [pie] 100 [psi] 0.65 0.85 6 ⅝ [pg] 2 ⅞ [pg] 7990 [psi] 100 [°F] 228 [°F] 100 [psi] 60 [°F] 200 [pie3/bbl]

a)

Con el IP, obtenido a través de los ejercicios anteriores, se obtiene P wf  para un gasto de 2000 [bpd]. Pw f 

Pw s

qo IP

2000

3000

2.5

2200 psi

b) Nivel dinámico y gradiente fluyendo abajo del punto de inyección:

Para una densidad relativa del aceite de 0.85 (aproximadamente 35 °API) y con 0 % de agua, se obtiene un gradiente de 0.368 [psi/pie] (figura 3K).   2200     2021 .74 pie  0.368 

Nivel dinámico  8000  

c)

Gradientes de gas a la presión de operación y a la presión disponible:

De la gráfica 3A  1 :

 Con 950 psi  y con γ g  0.65, se tiene una P  22 .5 psi  por cada 1000 pie de profundida d 

T calculada 

 8000      100    149 F

100  70  1.6



2

 T calculada  460   149  460  Pcorregida  Pleída    22 .5    21 .96 psi  por cada 1000 pie de profundida d T   460 164 460       real    Con 1000 psi  y con γ g  0.65, se tiene una P  23 .5 psi por cada 1000 pie de profundida d  149  460  Pcorregida  23 .5    22 .94 psi  por cada 1000 pie de profundida d  164 460    

Entonces, las líneas de gradiente del gas pueden trazarse de la siguiente manera: 



d)

Presión de operación: Para 0 [pie], Pso = 950 [psi] Para 8000 [pie], Pso = 950 + (8*21.96) = 1125.67 [psi] Presión disponible: Para 0 [pie], Pdisp = 1000 [psi] Para 8000 [pie], Pdisp = 1000 + (8*22.94) = 1183.48 [psi] De la intersección del gradiente de presión de operación con el gradiente dinámico se obtiene el punto de balance, el cual se encuentra a una presión de 1056.52 [psi]. Restando 100 [psi] al punto de balance sobre la línea de gradiente dinámico, se obtiene el punto de inyección a 4600 [pie] con una presión de 956.52 [psi]

0.85

γ Fc

0.85

0.85

ρ Fc

g

30 .48 cm

cm 3

1 pie

Entonces,

gradFc

0.37

g cm 3

3

1 lb

1 pie

453 .59237 g

12 pg

2

psi pie

e) Línea del gradiente del fluido de control:

gradFc = 0.37 [psi/pie] Presión = Pwh + (gradFc)(profundidad)

Profundidad [pie] 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P [psi] 100 192.5 285.0 377.5 470.0 562.5 655.0 747.5 840.0

Mediante la gráfica se obtienen los siguientes resultados:

Válvula

Profundidad [pie]

T [° F]

Pt

1

2600

141.25

660.86

528.69

950

2

3560

157.50

800.00

720.00

940

3

4200

166.25

886.95

852.17

930

4

4600

173.13

956.52

956.52

920

diseño

[psi]

Pt

fluyendo

[psi]

Pso diseño [psi]

f)

Presión de apertura de cada válvula a la profundidad correspondiente (P vo):

Válvula 1 :

 Con Pso  950 psi  y con γ g  0.65, se tiene una P  22 .5 psi  por cada 1000 pie  de profundidad

T calculada  T real 

 

 2600      100     105 .8 F

100  70  1.6 2

100  141 .25  120 .6 F 2

  22 .5   105 .8  460  Pcorregida    2600   57 .01 psi  1000 120 . 6 460         Pvo  Pso  Pcorregida  950  57 .01  1007 .01 psi 

Resultados:

Válvula 1 2 3 4

Profundidad [pie] 2600 3560 4200 4600

T [°F] 141.25 157.50 166.25 173.13

Pso diseño [psi] 950 940 930 920

Pcorregida [psi] 57.01 76.30 89.73 96.46

Pvo diseño [psi] 1007.01 1016.30 1019.73 1016.46

Cálculo del gasto de gas: qgi = (RGAT-RGAN)*qo qgi = (350-200)*2000 = 300 000 [pie 3/día] Factor de correción del gasto de gas de inyección: Fc = 0.0544(g*T)0.5 = 0.0544[0.65(173.13+460)] 0.5 = 1.103575434 Entonces, el gasto de gas de inyección corregido es: qgic = (300 000)(1.103575434) = 331 072.6301 [pie 3/día]

g)

Diámetro del orificio. Relación de calores específicos, con T PI = 173.13 [ °F] y g = 0.65, se obtiene que k = 1.255 (figura 2.20A)

h)

Cd A 

 

φ

φ

331072 .6301 2 1.255 1     64 .34 (1.255 )    956 .52   1.255   956 .52   1.255    155 500 (1016 .46 )        ( 0 . 65 )( 173 . 13 460 )( 1 . 255 1 ) 1016 . 46 1016 . 46               

 4 0.022623441   64   π 



11 3 pg   pg  64 16

0.5

0.5

 0.022623441

Haciendo uso de las tablas CAMCO, las válvulas que más se aproximan son las de 3 pg 16

Seleccionando válvulas AK sin resorte y del diámetro mencionado: Ab

0.3109

Entonces :

i)

y R

AP

0.0291

Ap

0.0291

Ab

0.3109

R

0.09360

Con los resultados anteriores, puede continuarse con el cálculo de la presión del domo a la temperatura de cada válvula. Pd @ Tv= Pvo diseño (1-R) + (P t diseño)R

 j)

Para obtener la presión superficial de cierre (P sc), se utiliza la siguiente ecuación: Psc = Pd @ Tv - Pcorregida

k)

Utilizando el factor de correción por temperatura para cada válvula, se obtiene el valor  de la presión de cierre a 60 [ °F]. Pd @ 60 [°F] = Pd @ TV * Ct

l)

Para calcular la presión de apertura en el taller para cada válvula @ 60 [ °F] (Ptro) se utiliza la siguiente expresión: Ptro

Pd @ 60 F 1 R

m) Para determinar la presión de apertura de cada válvula a la profundidad

correspondiente, se hace mediante la ecuación: Pvo n)

real



Pd @ Tv  R Pt

fluyendo

1 R

La presión superficial de apertura de cada válvula bajo condiciones reales de operación se calcula mediante la siguiente expresión: Pso

real

 Pvo real  Pcorregida

Resultados: Válvula

Profundidad

T [° F]

1

2600

141.25

Pt diseño [psi] 660.86

2

3560

157.50

800.00

720.00

940

76.30

3

4200

166.25

886.95

852.17

930

89.73

4

4600

173.13

956.52

956.52

920

96.46

Pvo diseño [psi]

Pd @ T v [psi]

Psc [psi]

Pd @ 60 [°F] [psi]

Ptro [psi]

Pvo real [psi]

Pso real [psi]

1007.01

974.61

917.60

830.37

916.12

1020.66

963.65

1016.30

996.05

919.75

823.24

908.25

1024.56

948.26

1019.73 1016.46

1007.30 1010.85

917.57 914.39

819.94 813.73

904.61 897.76

1023.32 1016.46

933.59 920

[pie]

Pt

[psi] 528.69

Pso diseño [psi] 950

fluyendo

Pcorregida [psi] 57.01