plunger lift

S.L.A. PLUNGER LIFT

CHRISTIAN FERNANDO ROMERO QUINTERO2072355

LUIS ANGEL VILLARREAL TOCORA2053156

INTRODUCCIÓNLa carga líquida del agujero del pozo con frecuencia es un problema serio en los pozos de producción envejecientes. Los operadores comúnmente usan bombas de balancín o técnicas de remedio, como la ventilación o el “purgado” del pozo a la presión atmosférica, o la eliminación de la acumulación de líquido y la restauración de la productividad del pozo. Sin embargo, estas técnicas causan pérdidas de gas.

Los sistemas plunger lift son una alternativa económica a tanto las bombas de balancín como al purgado del pozo y pueden reducir significativamente las pérdidas de gas, eliminar o reducir la frecuencia de tratamientos futuros del pozo y mejorar la productividad del pozo. El sistema plunger lift es una forma de bombeo intermitente de gas que usa la acumulación de la presión de gas en el espacio anular de la tubería para empujar un émbolo de acero, y la columna de líquido que está más adelante, hacia arriba de la tubería del pozo hasta la superficie. El émbolo sirve como pistón entre el líquido y el gas, lo cual minimiza el retroceso del líquido, y como raspador de escamas y parafina.

GLR Y REQUISITOS DE PRESION.

Los dos requisitos mínimos para plunger lift son GLR mínimo y la acumulación de la presión. Como sabemos la operación requiere gas disponible para proporcionar la fuerza de elevación, en cantidad suficiente por barril de líquido para una determinada profundidad del pozo. El requisito mínimo de GLR es de aproximadamente 400 scf /bbl por cada 1.000 pies de  profundidad y se basa en la energía almacenada en un volumen comprimido de 400 scf de gas en expansión, bajo la presión hidrostática de 1 barril de líquido.

En la práctica, el mínimo cierre en el requerimiento de presión para bombeo neumático es equivalente a una y media veces la máxima presion en la linea de venta , a pesar de la necesidad real podría ser mayor. Esta regla de pulgar funciona bien en los pozos de profundidad intermedia(entre 2.000 y 8.000 pies) con un tamaño de bala de 0,1 a 0,5 bbl / ciclo.

DEFINICIÓN PRINCIPIO FISICO

Estimación de la tasa de producción con plunger lift.

El método más simple y a veces mas exacto para determinar los aumentos de producción por plunger lift es el analisis del declive de la curva siguiente:

Effects of plunger lift on a typical gas-well production decline. (Modified from Ferguson andBeauregard.3)

Los modelos se basan en la suma de fuerzas que actuan sobre el embolo mientras que se levanta con liquido en la tuberia. Estas fuerza en cualquier punto dado en los tubos son las siguientes:

• Presión almacenada  que actúa sobre la sección transversal del émbolo.• El peso del líquido.• El peso del émbolo.• La fricción del fluido con el tubo.• La fricción del pistón con la tubería.• Gas de fricción en la tubería.• Deslizamiento del gas hacia arriba más allá del émbolo.• Deslizamiento de líquidos hacia abajo pasado el émbolo.• Superficie de presión (presión de la línea y las restricciones) que actúa en contra de la carrera del émbolo.

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MODELAMIENTO MATEMATICO

Pcmin=(Pp+14.7+Pt+(Plh+Plf)S)*(1+(D/K))

Plh=S1(0.433)(l)

Plf=S1(0.433)(f1)(L)(V²)

(d/12)(2.0)(32.2)

1/k=(fg)(V²)(gg)

(d/12)(2.0)(32.2)(T+460)(Z)(R)

Pcmin es la presión en el casing cuando el slug y el pistón llegan a la superficie.

Modelo de foss y gaul

Pcmax=Pcmin(Ra)

Ra=Aa+At

Aa

Pcmax es el nivel de presión que debe alcanzar el casing antes que el slug y el pistón comiencen a subir.

Ra es la relación entre el área total y el área anular de la sección transversal

tbu=ΔGp

qg

Si al pozo se le permite una caída de presión hasta una presión Pclow con el embolo en la superficie, el tiempo de carga requerido tbu puede ser encontrado con la ecuación:

Tciclo=(R1)q1(24)(60)

qg1000

Para un tamaño dado de slug el tiempo para un ciclo completo puede ser calculado por:

La diferencia entre el tiempo del ciclo (tciclo), el tiempo de carga (tbu) y el tiempo de subida (trise) es el tiempo de producción y esta dado por:

tprod.=tciclo-tbu-trise

Si tprod.<0, la producción no es posible para el tamaño de slug

dado

Ecuaciones básicas Foss y Gaul.(Modificado por Mower et al y Lea)

PRESIONES REQUERIDAS. DONDE:

Pcmin=(Pp+Pt+(Plh+Plf)s)*(1+(D/K))

Pcmax=Pcmin(Ra)

Ra=Aa+At

Aa

Pc=PcminA+At

Aa1+

Plh=L*L

Plf=L*f1*L*v²

(d/12)*(2.0)*(32.2)

1/k=(fg)(V²)(gg)

(d/12)(2.0)(32.2)(Tg+460)(Z)(R)

Foss y la Galia sugiere una aproximación donde K y PLH son constantes para un determinado tubo de tamaño y una velocidad de émbolo de 1.000 ft / min

Gas requerido por ciclo (Mpc) .

DONDE

Vg=Fgs*Pc*(Vt/14.7)*[520/(Tg+460)]*(1/Z)

Vt=At*(D-SL)

1000

Ciclos máximos.

Cmax=1440

[(D-SL)/Vfg]+(D/Vr)+(SL/Vfl)

ESPECIFICACIONES Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS

EQUIPOS

Controlador Electrónico de Flujo: Controlador electrónico de flujo, para operar por presión, tiempo o una combinación de ambos parámetros; capacidad de almacenamiento de datos de presión, eventos e información en tiempo real; programable en campo; con opción a telemetría mediante puerto serie RS-232; debiendo ejecutar como mínimo las siguientes funciones: tiempos abierto, cerrado, de demora y flujo; con opción de apertura/cierre manual; control de 2 (dos) válvulas motoras; tiempo de viaje del émbolo; totalizado de arribos del émbolo; número total de ciclos; autoajustable en intervalos programables de tiempo abierto y cerrado. Con gabinete sellado de acero y plástico para ambientes exteriores, que cumpla con la norma NEMA 4, con fuente de poder basado en baterías recargables, y panel solar, display tipo LCD con formato: Hrs :Min: Sec;.

Válvula motora de 2”: Válvula motora, accionada por controlador, normalmente cerrada con extremos roscados de 2” de diámetro, para una presión de trabajo de 1500 Lbs/pg2, cuerpo de acero al carbón y diámetro de orificio de 1”, con vástago y asiento de acero inoxidable.

Regulador de presión (alta) para la alimentación del gas de instrumentos, como referencia marca Fisher o equivalente en calidad, tipo 1301-F (J-500), entrada y salida de ¼” NPT, rango de 0-3000 lbs/pg2

Regulador de presión (baja) para la alimentación del gas de instrumentos, como referencia marca Fisher o equivalente en calidad, tipo R-67 AFR (222), entrada y salida de ¼” NPT, rango de 0-250 lbs/pg2.

Lubricador con doble salida, combinación, adaptado con receptor “Catcher”, tipo resorte para absorber el impacto del émbolo.

Ancla para tubería “Tubing Stop” o para cople “Collar Stop”, para aparejos de producción de 2”, 2 3/8”y 2 7/8” de diámetro exterior, y resorte receptor de fondo “Bumper Spring”, para absorber el impacto del émbolo, alojable en “Tubing Stop”, “Collar Stop“ o zapata candado.

Embolo viajero del tipo especificado en el diseño (este material será con cargo a la partida de embolo correspondiente).

Celda solar potencia máxima de 45 watts, 17.5 volts y 2.9 amperes, como referencia

marca “bpSOLAR” o equivalente en calidad

Baterías recargables (de 12 volts y 750 amperes, de electrolito gelificado) a través de celda solar o cargador eléctrico de 6 a 15 Volts, marca Prevailer part No. PV30H o equivalente en calidad.

Sensor de presión para TP de 1500 psi.

Brida superior de acuerdo al diámetro y presión de trabajo del árbol.

Caja batería y el Regulador.

Sensor magnético alojable en el cuerpo del lubricador para la detección de arribos del émbolo.

Cada equipo instalado deberá contar con una Jaula de protección para el controlador electrónico, panel solar y batería, fabricado con cuadrado de ½” de espesor y PTR. Incluyendo 1 candado tipo master de la misma serie todos.

PRACTICAS OPERACIONALES

Ejemplo de cálculo de GLR Regla de Pulgar:

El mínimo GLR (RGL) = 400 scf / bbl por 1.000 pies de profundidad del pozo

Rgl=Qg/Ql

D/1000

Rgl=200,000/10

7,000/1,000

Rgl=2,857

Ejemplo del tipo metodo de Foss y Galia  para determinar el rango el émbolo-Lift de funcionamiento

Diferencia de presión necesaria para levantar el émbolo, psi

At=(dti/12)²*(π/4)

At=(1995/12)²*(π/4)=0.0217

Pp=Wp/At

Pp=10/[1.995²*(π/4)]=3.2

Área de anillo, ft2:

Proporción del área total de la tubería

Aa=[(dci/12)²-(dto/12)²]*(π/4)

Aa=[(4.56/12)²-(2.375/12)²]*(π/4)=0.0826

Ra=Aa+At

Aa

Ra= 0.0217+0.0826

0.0826

Ra=1.26

Volumen de la tubería por encima de la bala (el uso de tamaños diferentes babosa)

Vt=At*(D-SL)

1000Vt=

0.0217*(7.000-s*(259))

1000

Instalación y Mantenimiento.Un candidato de plunger lift debe cumplir con los requisitos de presión y GLR, pero el método de instalación y la configuración mecánica del pozo también son muy importantes. La instalación es un causa frecuente de que el sistema falle. Los siguientes son los elementos clave en la correcta instalación de un sistema de émbolo:

• Equipo de la calidad y la metalurgia.• Evaluación de las configuraciones de pozos actuales y posibles.• Tubos y preparación del pozo.• Evaluación e instalación de los equipos en el fondo de pozo .• Evaluación e instalación de boca de pozo y equipo de émbolo de superficie.• Consideraciones sobre el diseño y la selección de un émbolo.• Evaluación de los métodos de control.• Evaluación y modificación de instalaciones de producción.

Métodos de control.

• Manual On / Off Timer• controlador de la presión diferencial .• En automatizado / Desactivado basado en la velocidad del émbolo.• Combinación automática de encendido / apagado y control de

presión.• Ventilación (Opcional, no se encuentra en todas las instalaciones).• Retardo de la linea de alta presion (Opcional, no se encuentra en

todas las instalaciones).• Seguimiento acústico Fluid-Level/Plunger-Descent (Opcional, no se

encuentra en todas las instalaciones).• Control remoto / telemetría (opcional, no se encuentra en todas las

instalaciones).• Perdido-Protección en el Viaje (Opcional, no se encuentra entodas

las instalaciones)

ANALISIS ECONOMICO

El costo de la instalación del plunger lift es aproximadamente de $1,500 a $6,000.

El costo de la instalación del plunger lift incluye la instalación de la tubería, las válvulas, el controlador y el suministro de energía en la cabeza del pozo y establecer el ensamble del impulsor del émbolo del agujero suponiendo que la tubería del pozo esté abierta y libre. La variable más grande en el costo de instalación es colocar una línea de cable para evaluar la tubería (verificar si existen obstrucciones internas) y probar un émbolo de arriba abajo (apertura) para garantizar que el émbolo se mueva libremente para arriba y para abajo en la tubería. Otros costos de la puesta en marcha pueden incluir la medición de la profundidad del pozo, la limpieza para eliminar los líquidos del agujero del pozo, la acidización para eliminar las escamas minerales y limpiar las perforaciones, extraer los desechos del pozo y otras operaciones misceláneas de limpieza del pozo. Estos costos adicionales iniciales pueden fluctuar de $500 a más de $2000.

COSTOS DE CAPITAL, INSTALACION Y PUESTA EN MARCHA.

COSTOS DE ELECTRICIDAD

No se asocian costos eléctricos con el bombeo neumático, debido a que la mayoría de los controladores son de energía solar con batería de respaldo. El Cuadro 1 presenta una gama de costos evitados de electricidad. Suponiendo que haya 365 días de operación, la gama de costos de electricidad que se evitó fue de $1,000 a $7,300 al año.

Cuadro 1: costos de electricidad

El mantenimiento del plunger lift requiere la inspección de rutina del lubricante y el émbolo. Estos artículos necesitan reemplazarse cada 6 a 12 meses, a un costo aproximado de $500 a $1,000 al año. Los demás componentes del sistema se inspeccionan anualmente.

COSTOS DE OPERACION

PROBLEMAS DEL S.L.A PLUNGER LIFT

Bajas tasas de producción.

No permite alcanzar la depleción total del yacimiento.

Requiere supervisión de ingeniería para una adecuada instalación.

Alto riesgo para las instalaciones en superficie, asociado a las altas velocidades que puede alcanzar el pistón durante la carrera.

Requiere de una relación gas- líquido (GLR) mínima para que funcione el sistema (entre 300 a 500 ft3/bbl/1000ft).

  BIBLIOGRAFIA

INSTALACIÓN DE SISTEMAS DE BOMBEO NEUMÁTICO ENPOZOS DE GAS NATURAL, NATURAL GAS.

Introduction to Plunger Lift: Application, Advantages and Limitations, E. Beauregard, Paul L. Ferguson Ferguson Beauregard.

Defining the Characteristics and Performance of Gas-Lift lungers, L.N. Mowe r a n d J.F. Le a , Am o c o Pr o d u c t i o n Co. , and E Beauregard and P. L . Ferguson, Ferguson Beauregard Inc.

Selección, diseño y prueba de nuevos sistemas de levantamiento artificial. Aplicación al campo colorado, J.A. Hernandez, J. R. Rolon, UIS-Colombia.