Sistemas Artificiales de Produccion de Hidrocarburos

SISTEMAS ARTIFICIALES DE PRODUCCION

DE HIDROCARBUROS

Sistema Artificial de Producción Idealmente un yacimiento de hidrocarburos debe contener suficiente presión natural para hacer que el fluido salga a la superficie por cierta cantidad de años sin requerir energía externa. Sin embargo, esta energía declinará al punto de que la presión y/o la velocidad del flujo no son adecuadas para llevar el hidrocarburo a la superficie. Cuando el pozo alcanza este punto en su ciclo de vida, el fluido debe ser extraído a la superficie a través de medios artificiales.

Tipos de Sistemas Artificiales de Producción  Sistema Reciprocante de Varilla  Bombas Eléctricas Sumergibles  Bombas de Cavidad Progresiva  Extracción Convencional de Gas  Continuo  Intermitente 

Extracción con Plunger

 Sarta de Velocidad y foam  Hidráulico  Bombas tipo Jet  Bombas de pistón

Diseño de Sistemas Artificiales de Producción Factores a Considerar Seleccionar el método de extracción artificial, diseñar su instalación y mantener la productividad del pozo enfrentando los cambios constantes de las condiciones del mismo, requiere especial atención a diferentes factores críticos.

Características del Yacimiento • Porosidad • Permeabilidad • Presencia de Arena • Saturación del fluido de la formación. Medios para extracción del Hidrocarburo • La fuerza natural que ayuda al flujo del hidrocarburo de un pozo, determina la productividad del pozo. • Tipos de medios son: agua, gas liquido (ligero), gas cap (gas que esta encima del yacimiento del petróleo), combinación de varios medios.

Propiedades del Petróleo • Densidad • Viscosidad • Contenido de Parafina • Contracción Propiedades del agua de la formación • Densidad • Tendencia al sarro • Corrosividad Propiedades del gas • Densidad • Viscosidad • Corrosividad

Diseño de Sistemas Artificiales de Producción Factores a Considerar Seleccionar el método de extracción artificial, diseñar su instalación y mantener la productividad del pozo enfrentando los cambios constantes de las condiciones del mismo, requiere especial atención a diferentes factores críticos.

Características de inflow y outflow • Estas características incluyen el Indice de Productividad (PI) • La relación gas-liquido a lo largo de la vida del pozo • Falta de agua a lo largo de la vida del pozo • Diámetro del pozo y profundidad

Tipo de Energía disponible • Inyección de gas a alta presión • Fuel Gas • Electricidad

Datos de Terminación de Pozo • Profundidad del yacimiento • Espesor del yacimiento • Tipo de terminación • Intervalo de terminación • Dimensiones de la Tubería de Revestimiento • Dimensiones del tubing • Desviación del pozo

Regulaciones • Regulaciones Ambientales • Regulaciones de Seguridad

Datos de campo • Localización del campo • Número de Pozos • Acceso al campo • Servicios existentes

Evaluación Económica • Valor del dinero en el tiempo • Costo de Operación • Costo de Mantenimiento

Sistema de Bombeo Neumático Definición Es el proceso de extraer el fluido de un pozo por medio de la inyección de gas al fondo del pozo a través del tubing o el espacio anular de la tubería de revestimiento.

Concepto básico El gas inyectado se mezcla con el fluido para hacer que este ejerza menos presión que la que ejerce la formación; al ser la presión de la formación más alta, hace que el fluido salga hacia la superficie.

Tipos El gas puede ser inyectado continua o intermitentemente, dependiendo de las características de producción del pozo y el arreglo del equipo de extracción.

Principio Básico del Bombeo Neumático

Bombeo Neumático Continuo Conceptos básicos  Por este medio, se incrementa la relación de gas-liquido del pozo para reducir la densidad de la columna de fluido en un pozo fluyente de tal manera que se requiere menos presión de la formación para llevar el fluido a la superficie.  El gas de la formación que se encuentra en el fluido de la sarta, mejora la eficiencia del bombeo para la extracción del hidrocarburo.

Aplicaciones Tipicas  Este tipo de sistema es mayormente aplicado a pozos de yacimientos con cantidades substanciales de energía remanente y un alto Indice de Productividad.  Este método desempeña mejor su trabajo asistiendo a un yacimiento capaz de sostener altos niveles de fluido resultante de la presión sostenida de la formación para los niveles de producción objetivo.  El bombeo neumático continuo es igualmente efectivo en tierra como en costa adentro pero es particularmente ideal en costa adentro donde no existen varillas, cables o partes movibles que interfieran con las válvulas de seguridad subsuperficial. Se puede aplicar en pozos verticales o desviados.

Bombeo Neumático Continuo Algunas Ventajas  Utiliza la energía del pozo  Capacidad de Flujo Alto  Tolerante a la arena  Válvulas GL operan en wireline  Equipo de superficie centralizado

Rangos de Aplicación

Principio de Operación

Bombeo Neumático Intermitente Conceptos básicos  Es similar al BC, el cual utiliza gas para extraer fluidos de un pozo.  Comparte mucho del mismo equipo del BC, y típicamente envuelve la descarga de gas presurizado del espacio anular a la tubería de producción.  Sin embargo el BI esta diseñado para extraer cantidades de líquidos por descargas repentinas provocados por el disparo de gas presurizado a alta velocidad.  BI no utiliza la energía del gas del yacimiento, de tal manera que es menos eficiente que el BC.

Aplicaciones Típicas  Este tipo de sistema es mayormente aplicado a pozos de bajo Indice de Productividad, tal que la acumulación de fluidos en el fondo del pozo tomara lugar sobre un largo periodo de tiempo.  Puede también ser usado para sacar el agua de los pozos de gas, donde el gas de inyección esta disponible.

Bombeo Neumático Intermitente Algunas Ventajas    

Tolerante a la arena No impactado por el gas Bueno en pozos desviados Puede producir muy bajos volúmenes  Equipo de superficie centralizado  Válvulas GL operan en wireline

Principio de Operación a) La energía de la formación eleva el fluido a el nivel estático en el pozo. b) Después de predeterminar un intervalo de tiempo, gas a alta presión es descargado a la tubería de revestimiento (casing). c) A una presión predeterminada, una válvula de inyección abre y descarga gas en la tubería de producción a una velocidad alta. d) El fluido que se encuentra arriba del punto de inyección es levantado por el gas a una velocidad rápida para minimizar la cantidad de fluido que se regresa. e) La inyección de gas es interrumpida, de tal manera que el fluido toma su nivel estático hasta el próximo ciclo intermitente.

Equipo de Bombeo Neumático

Subsuperficial    

Válvula de Inyección Mandriles Empacadores Camisa de Circulación

Válvulas de Bombeo Neumático Tipos de Válvulas

• Convencionales •

Se fijan a la tubería de producción y para poder quitarla se tiene que sacar toda la tubería. Recuperable Se fijan a la tubería de producción y se recuperan con línea de acero sin necesidad de sacar la tubería.

Clasificacion de Válvulas

• Balanceada •

Abre y cierra a la misma presión. Desbalanceada Abre a una presión mayor y cierra a una presión menor.

Válvulas de Bombeo Neumático 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)

Válvulas de Bombeo Neumático Tipo de Operación de las Válvulas Válvula operada por presión del gas de inyección (válvula de presión). Sensible a la presión en TR. A. Presión de apertura de la válvula bajo condiciones de operación. B. Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación. Válvula reguladora de presión (válvula proporcional). Sensible a la presión en TR o TP (cierre). Válvula operada por fluidos de la formación. Sensible a la presión en TP. Válvula combinada. Sensible a la presión en TP (apertura) y TR (cierre)

Válvulas de Bombeo Neumático Presión de apertura de la válvula bajo condiciones de operación

Instantes antes de abrir: Fo = Fc Fo = Suma de todas las fuerzas que tratan de abrir la válvula. Fc = Suma de todas las fuerzas que tratan de mantener cerrada la válvula.

Ab = área efectiva del fuelle, [pg2] Ap = Av = área del asiento de la válvula, [pg2] Pc = presión en la TR requerida para abrir la válvula bajo condiciones de operación, [psi] Pd = presión interna del domo de la válvula a la temperatura de operación, [psi] Pt = presión en la TP frente a la válvula, [psi] Pvo = presión del gas de inyección frente a la válvula en el momento de abrir, [psi]

Válvulas de Bombeo Neumático Válvula desbalanceada operada por presión del gas de inyección F  P (A  A )  P A o c b p t p F P A c d b  P (A  A )  P A  P A c b p t p d b Dividiendo entre A y despejando P : b c   A  A  Ap  p   P  P  ; si R  p P 1   c   A  d t A  A b b b      P ( 1  R)  P  P R c d t



Pd  Pt R Pc  Pvo  1 R

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

Pd Pt R Pc  Pvo   1 R 1 R El término que se resta de la ecuación anterior es llamado “Efecto de Tubería de Producción”:  R  T .E.  Pt   1 R 

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

R 1 R

Válvulas de Bombeo Neumático Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación Instantes antes de cerrar:

Fo  Fc Fo  Pc ( Ab  Ap )  Pc A p Fc  Pd Ab 

Pc ( Ab  Ap )  Pc A p  Pd Ab

Haciendo Pc  Pvc : Pvc ( Ab  Ap )  Pvc A p  Pd Ab Pvc Ab  Pvc Ap  Pvc A p  Pd Ab

 Pvc  Pd

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

Válvulas de Bombeo Neumático Amplitud de las válvulas (Spread)

Pd  Pt R Pd  Pt R Pd (1  R) Amplitud  ΔP   Pvc   1 R 1 R 1 R Simplificando la ecuación, se tiene :

ΔP  TEF (Pd - Pt)

Válvulas de Bombeo Neumático Válvula desbalanceada operada por fluidos de la formación (presión en la TP) operadas por presión

Este tipo de válvulas requieren un incremento en la presión de la TP para abrir y una reducción en la presión de la TP para lograr el cierre.

Válvulas de Bombeo Neumático Diferencias entre Válvula desbalanceadas

Operada por el fluido de formación

Operada por el gas de inyección

Válvulas de Bombeo Neumático 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 (A b  A v )  Pg A v

 Pt  Pvo 

Pbt  Pg R 1 R

 Pst

Válvula abierta a punto de cerrar: Fc  Pbt A b  Pst (A b  A v ) Fo  Pt A b

 Pt  Pvc  Pbt  Pst (1  R)

Válvulas de Bombeo Neumático 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).  La amplitud (Spread) es cero  Este tipo de válvulas abren y cierran a la misma presión.  Controladas 100% por la presión de inyección.

Válvulas de Bombeo Neumático Válvulas balanceadas (operadas por presión en la TR) Manga flexible, sella el domo de la válvula 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 POSICIÓN CERRADA

POSICIÓN ABIERTA

Pvc = Pbt

SISTEMAS ARTIFICIALES DE PRODUCCION DE HIDROCARBUROS

GRACIAS

Mayo 25, 2013