gas lift
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LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS LIFT
INTRODUCCION
UNO DE LOS PROCESOS MÁS IMPORTANTES DEL NEGOCIO UNO DE LOS PROCESOS MÁS IMPORTANTES DEL NEGOCIO PETROLERO ES LA PRODUCCIÓN DE CRUDOS, PARA LO CUAL SE PETROLERO ES LA PRODUCCIÓN DE CRUDOS, PARA LO CUAL SE VALE DE DIVERSOS MÉTODOS DE EXTRACCIÓN. LAS FUENTE VALE DE DIVERSOS MÉTODOS DE EXTRACCIÓN. LAS FUENTE PRINCIPAL DE ENERGÍA QUE PERMITE QUE UN POZO PRODUZCA PRINCIPAL DE ENERGÍA QUE PERMITE QUE UN POZO PRODUZCA POR FLUJO NATURAL ES: PRESIÓN y Gas. GENERALMENTE, ESOS POR FLUJO NATURAL ES: PRESIÓN y Gas. GENERALMENTE, ESOS POZOS DEJAN DE FLUIR NATURALMENTE POR UNA DECLINACIÓN POZOS DEJAN DE FLUIR NATURALMENTE POR UNA DECLINACIÓN DE LA PRESIÓN DEL YACIMIENTO. NO OBSTANTE, PUEDEN SER DE LA PRESIÓN DEL YACIMIENTO. NO OBSTANTE, PUEDEN SER RETORNADOS A SU PRODUCCIÓN MEDIANTE DIFERENTES RETORNADOS A SU PRODUCCIÓN MEDIANTE DIFERENTES MÉTODOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL, ENTRE LOS CUALES MÉTODOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL, ENTRE LOS CUALES
HABLAREMOS EN ESTE CASO DE EL LEVANTAMIENTO POR HABLAREMOS EN ESTE CASO DE EL LEVANTAMIENTO POR GAS GAS .
INTRODUCCION
El flujo de fluidos hacia los pozos se origina por la diferencia de
Presiones entre la presión del reservorio y la presión de fondo del Pozo.
Las dos fuentes principales de energía para mantener el flujo en un
pozo son el gas y la presión .Algunos pozos producen de reservorios de petróleo
con empuje hidrostático , con alta presión de fondo fluyente.
Otros, en cambio , producen con baja presión de fondo y con alta
relación de gas liquido (250–400 pie/bl/1000’), en este caso el desplazamiento
del petróleo es por empuje de gas .
Si , un pozo tiene energía propia para mover y descargar los fluidos
hasta la superficie el pozo es ‘ surgente natural’.
POZOS DE FLUJO EN SURGENCIA NATURAL
INTRODUCCION
Generalmente un pozo surgente deja de fluir cuando aumenta su porcentaje de agua y/o declina su presión de fondo fluyente. En estecaso es necesario inducir el flujo para prolongar la vida surgente del pozo o instalar equipo de bombeo artificial.
Para inducir el flujo es necesario primero determinar si el pozo tieneaun energía suficiente para levantar los fluidos hasta la superficie yluego decidir que equipo (tubería de producción , empaque , tuberíade flujo, estrangulador) es necesario instalar o que cambios sepodrían hacer para volverlo al estado de surgente natural.
Historia típica de producción-presión para varios mecanismos de producción
020406080
100
0 6 9 10 13 18 20 28 32 40 60 70 80 90 100
Petróleo producido, % del petróleo original
Pres
ión
del
yacimient
o, %
de
la
original
Gas disuelto Capa de gas Empuje de agua
INICIOINICIO
FLUJO NATURALOCURRE CUANDO LA ENERGÍA DEL YACIMIENTO
ES SUFICIENTE PARA COMPLETAR EL PROCESO DE PRODUCCIÓN.
LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL
FUENTE EXTERNA DE ENERGÍA PARA EL LEVANTAMIENTO DEL FLUIDO DESDE EL FONDO DEL POZO HASTA LA ESTACIÓN.
ASPECTOS GENERALES
• IPR
• FACTORES PVT
• INDICE DE PRODUCTIVIDAD.
• GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL PETRÓLEO O ºAPI
• CORTE DE AGUA.
• ALTURA DE COLUMNA
• PRESIÓN ESTÁTICA.
• PRESIÓN FLUYENTE
• PRESIÓN DE BURBUJEO.
Presión EstáticaCaudalPresión de Fondo Fluyente
PsPb =Pwf
Yacimiento: Unidad geológica de volumen limitado, porosa y permeable capaz de contener hidrocarburos líquidos y/o gaseoso
Mecanismos de Producción:• Empuje hidráulico• Empuje por gas en solución• Empuje por capa de gas• Empuje por expansión líquida• Empuje por gravedad• Empuje combinado
ASPECTOS GENERALES
QmaxQ
LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS LIFTLEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS LIFT
El levantamiento artificial por Gas Lift es el sistema de bombeo artificial que más se parece al proceso de producción por flujo natural. El mismo consiste en levantar fluido del pozo por medio de la inyección de gas a una presión relativamente alta; esto puede hacerse suplementando continuamente la energía del yacimiento mediante la inyección de volúmenes relativamente pequeños de gas a alta presión para aligerar la columna de fluidos, o mediante inyección durante cortos períodos de tiempo de un volumen de gas relativamente grande a fin de reducir la densidad del fluido en la columna.
FUNCIONAMIENTO DEL FUNCIONAMIENTO DEL GAS LIFTGAS LIFT
EL GAS COMPRIMIDO ENTRA A LA COLUMNA DE PETRÓLEO A TRAVES DE LA VALULA DE GAS LIFT, REDUCE LA GRAVEDAD ESPECIFICA DEL CRUDO, DISMINUYENDO POR ENDE LA PRESIÓN DEL FONDO FLUYENTE Y FACILITA EL LEVANTAMIENTO DEL FLUIDO HASTA LA SUPERFICIE
CICLO CERRADO DE GAS LIFT
Cuando un pozo es incapaz de fluir naturalmente, el peso de la columna de fluido se iguala a la presión estática del yacimiento. Al inyectar gas ocurren los siguientes procesos:
• Reducción del gradiente del fluido• Expansión del gas inyectado• Desplazamiento del fluido por el gas inyectado.
FUNCIONAMIENTO DEL FUNCIONAMIENTO DEL GAS LIFTGAS LIFT
En pozos de mediana relación Gas-petróleo.
En pozos desviados o torcidos (sin abrasión mecánica en la tubería de
revestimiento o producción).
En pozos de difícil acceso en los que se requiere un espacio muy reducido
para el cabezal del pozo y los controles de inyección de gas en la superficie.
En pozos con completación múltiple donde se requiere poco espacio el anular o
en el cabezal del pozo.
Pozos completados con diámetro de tubería muy pequeños.
Pozos en los cuales se espera que la tasa de producción cambie muy
rápidamente. Ésta flexibilidad en cuanto a la tasa de producción es una de las
ventajas mas importantes del bombeo con Gas Lift. Las válvulas en el subsuelo
operarán eficientemente en un amplio margen de tasas de producción; también se
puede variar el volumen de gas circulante que se dirige a los pozos cambiando las
tasas de producción.
Se recomienda el uso de este sistema de levantamiento en Se recomienda el uso de este sistema de levantamiento en los siguientes casos:los siguientes casos:
El levantamiento artificial por Gas Lift es mucho más flexible
porque al pozo se le puede instalar las válvulas desde su completación
inicial, para uso futuro.
No se ve afectado por los grados de desviación que pueda
presentar el pozo.
El costo inicial de los equipos de completación son menores que
en otros sistemas de bombeo.
Los equipos requieren poco mantenimiento.
Permite utilizar el gas natural que se produce de los pozos.
Cuando se detecta mal funcionamiento de las válvulas se pueden
reemplazar mediante trabajos de guaya fina sin necesidad de sacar la
tubería de produccion.
VENTAJAS
LIMITACIONES LIMITACIONES
•Es indispensable que haya suficiente gas disponible.
• El espaciamiento excesivo de las válvulas de gas lift disminuye la
eficiencia del sistema.
•El revestimiento de producción del pozo debe estar en buenas
condiciones a fin de que el gas no se escape antes de alcanzar el punto
deseado y pueda entrar en la tubería.
•No es recomendable por razones de índole económica, en pozos muy
retirados del sistema de distribución de gas de alta presión.
TIPOS DE APLICACIÓN
•FLUJO CONTINUO
•FLUJO INTERMITENTE
•CUADRO COMPARATIVO
Flujo ContinuoSe define como el medio para producir artificialmente
el pozo mediante la inyección continua y controlada de gas en la columna de fluido. En el Levantamiento Artificial por Flujo Continuo el gas se inyecta a una profundidad que permita una levantamiento eficiente desde el punto de inyección a la superficie, reduciendo así la presión de fondo fluyente al nivel necesario para lograr la tasa de flujo deseada.
PwhPresión
Profundidad
∆ Py
PwsPwf, ql
Dov
FLUJO CONTINUO
FLUJO CONTINUO
Pws
Dvo
gg
RGLf
Pio
∆P
Piod
RG
Lt
Pwf
Presión
Profundidad
Pwh
Pio
PiodPpd
RGLi = RGLt - RGLf (pcn/bn)
qgi = RGLi . ql / 1000
qgi = ( RGLt - RGLf ) . ql / 1000
(Mpcn/d)
Sustituyendo RGLi
φasiento α ( qgi / ∆ P )
Flujo IntermitenteEs el desplazamiento de un tapón de fluido del pozo a
la superficie mediante la inyección de gas de alta presión en la columna de fluido. La expansión del gas de alta presión debajo de la columna de fluido levanta la columna a la superficie en forma de ‘‘tapón’’. En operaciones eficientes de Levantamiento Artificial por Gas Intermitente, el gas debe entrar a la tubería de produccion a una tasa tal, que mantenga la suficiente velocidad del tapón a fin de minimizar la irrupción del gas de inyección a traves del tapon.
CERRADA
t i : TIEMPO DE INFLUJO t v : TIEMPO DE VIAJE t e : TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN
Tc (min) = TIEMPO DE CICLO = t i + t v + t e
CIERRA
ABRE CIERRA CERRADA
ABRE
N = 1440 / Tc
FLUJO INTERMITENTE
ESPACIAMIENTO DE MANDRILES FLUJO CONTINUO
AREA LIMITADA
PARA
EL ESPACIAMIENTO
DE MANDRILES
Prof
Presión PkoPwh
RG
Lt , qL
Dpack - 60´
ESPACIAMIENTO DE MANDRILES FLUJO CONTINUO
Pon
Prof
Presión Pko= Psist – 100 lpc
∆ Ps = 50 lpc
Po1
∆ Po
Pwh
CONDICION.CONDICION. FLUJO CONTINUOFLUJO CONTINUO FLUJO FLUJO INTERMITENTEINTERMITENTE
Q(bbl/d).Q(bbl/d). 100-75000100-75000 Menor de 500Menor de 500BHP(Psi).BHP(Psi). >0.5 Psi/ft.>0.5 Psi/ft. <0.5Psi/ft.<0.5Psi/ft.Pwf(Psi).Pwf(Psi). >0.4Psi/ft.>0.4Psi/ft. <0.4Psi/ft.<0.4Psi/ft.Ri(scf/bbl).Ri(scf/bbl). 50-250/1000ft.50-250/1000ft. 250-300/1000ft.250-300/1000ft.
Pc(Psi).Pc(Psi). >100 >100 Psi/1000ft.Psi/1000ft.
< 100 < 100 Psi/1000ftPsi/1000ft
Qs(bbl/d).Qs(bbl/d). Grandes Grandes volumenes.volumenes.
Pequeños Pequeños volumenes.volumenes.
COMPARACIÓN.COMPARACIÓN.
TIPOS DE INSTALACIÓN.TIPOS DE INSTALACIÓN.
INSTALACION ABIERTAINSTALACION ABIERTA INSTALACION SEMI-CERRADAINSTALACION SEMI-CERRADA INSTALACION CERRDAINSTALACION CERRDA INSTALACION DE CAMARAINSTALACION DE CAMARA
TIPOS DE INSTALACIÓN.TIPOS DE INSTALACIÓN.
Instalación Abierta
No se usan ni empaque ni la válvula fija. Esto hace que la presión de inyección de gas en el revestimiento actúe contra la formación.
TIPOS DE INSTALACIÓN.TIPOS DE INSTALACIÓN.
Instalación Semi-Cerrada
Se instala un empaque pero sin válvula fija. El empaque elimina un nivel de trabajo del fluido variable en el revestimiento y el peligro de que se dañe el equipo.
TIPOS DE INSTALACIÓN.TIPOS DE INSTALACIÓN.Instalación Cerrada
Se instala un empaque y una válvula fija. El empaque sella el anular que conecta la tubería con el revestimiento y la válvula fija permite que el flujo de la tubería vaya únicamente en una dirección, lo cual es una necesidad en pozos de IP alto o medio
TIPOS DE INSTALACIÓN.TIPOS DE INSTALACIÓN.Instalaciones De Cámara
La instalación del tipo de cámaras de acumulación se usa en pozos de presión del yacimiento excepcionalmente baja, con índices de producción intermedios a altos. La producción de fluido se acumula en una cámara de tubería o revestimiento. Varios tipos de Instalaciones de cámara se usan. Básicamente, hay dos tipos más populares, el tipo de inserción que usa tubería de menor calibre que el revestimiento del pozo para la cámara y el tipo de dos empacaduras que usa la parte del revestimiento del pozo como cámara.
CONSIDERACIONES PARA CONTROL CONSIDERACIONES PARA CONTROL DE SUPERFICIE.DE SUPERFICIE.
Plumas Registradoras: para control de Plumas Registradoras: para control de presión de las tuberías de Producción y de presión de las tuberías de Producción y de Revestimiento.Revestimiento.
Medidor de Orificio: volumen de gas Medidor de Orificio: volumen de gas inyectadoinyectado
Orifice RunOrifice Run Estranguladores (Choke),, intermitentes Estranguladores (Choke),, intermitentes
(intermitter), reguladores o combinación.(intermitter), reguladores o combinación.
EQUIPO DE SUBSUELOEQUIPO DE SUBSUELO
Mandriles
Son en sí, una sección de tubo que posee una forma geométrica tal, que permite albergar la válvula y mantenerla protegida.
Mandril
Válvula
Caising
EQUIPO DE SUBSUELOEQUIPO DE SUBSUELOVálvulas.
Las válvulas se constituyen en el elemento más importante para el desarrollo de la técnica de levantamiento artificial por gas lift. Dentro de las partes generales de una válvula tenemos: El orificio de entrada, la zona activa de presiones, la cabeza, y el orificio de expulsión
EQUIPO DE SUBSUELOEQUIPO DE SUBSUELO
GENERALIDADES SOBRE VÁLVULASGENERALIDADES SOBRE VÁLVULAS
Su uso depende de su aplicación Su uso depende de su aplicación EspecíficaEspecífica
Regulan la presión de inyección en la Regulan la presión de inyección en la tubería de produccióntubería de producción
DISEÑO.DISEÑO.
DATOS DEL POZODATOS DEL POZO Tamaño del tubing: Tamaño del tubing:
223/83/8”(1.995” ID)”(1.995” ID) Tasa deseada: Tasa deseada:
700 bpd700 bpd %Agua : 95%%Agua : 95% ge. Del agua: 1ge. Del agua: 1 ge. Del gas: 0.65ge. Del gas: 0.65 Profundidad: 8000 Profundidad: 8000
pies.pies. Pwh. 100 Lpc.Pwh. 100 Lpc. J = 7.J = 7. BHT = 210ºFBHT = 210ºF
Temp. Sup.:150°F.Temp. Sup.:150°F. Temp. Fondo.: Temp. Fondo.:
200°F.200°F. P. Iny. Sup.: 900 P. Iny. Sup.: 900
psig.psig. GLR: 210 SCF/BBL.GLR: 210 SCF/BBL. Gr. Kill fluid= 0.5 Gr. Kill fluid= 0.5
Lpc/pieLpc/pie
1.-Determine el Punto de inyección de gas.a.- Plotee la escala en vertical en pies (0-8000).b.- Plotee la escala horizontal en Lpc (0-2800 lpc).c.- Plotee BHP fluyente (2800 lpc a 8000 pies).d.- Usando el IP (Calcule el DD necesario para la
tasa de producción).
J= ql/DD DD = ql/J = 700/7 = 100 Lpc.
2.- A partir del “DD” sustraigalo de la presión estática y obtenga la presión de fondo fluyente.
Pwf = 2900 – 100 = 2800 Lpc.
PROCESO DE CALCULO
3.- Plotee 2800 Lpc a 8000 pies.
4.- Desde el punto de BHP estática (2900Lpc), extienda la línea de gradiente estático hasta interceptar la ordenada de prof(pies).Nota: Para un fluido de 95% agua salada y petróleo de 40ºAPI nos dan un gradiente de 0.46 lpc/pie.
Gradiente de una mezcla.
(%Oil)(Grad Oil) + (%Agua)( Grad Agua) = Grad. Mezcla(.05 x .357 lpc/pie) + (.95 x .466 lpc/pie) = 0.46 lpc/pie.
PROCESO DE CALCULO
LINEA DEL LINEA DEL GRADIENTEGRADIENTEESTATICO.ESTATICO.
• GRAFIQUE LOS DATOS DE PROFUNDIDAD TOTAL DE 8000 PIES .
• UBIQUE LA •Ps. = 2900 Lpc.
OBTENGA EL NIVEL DE FLUIDO
ESTATICO = 1900 piesGradiente del fluido = 0,46 Lpc/pie
•GRAFIQUE LOS DATOS DE PROFUNDIDAD TOTAL
•UBIQUE LA Ps •UBIQUE LA Pwf.
2.- Sustraiga de la presión estática, el “DD” y obtenga la presión de fondo fluyente.
Pwf=2900 Lpc – 100 = 2800 Lpc.
Temp. en ºF150 160 170 180 190 200 210
Presion en Lpc0 200 400 600 800 1000 LINEA DEL LINEA DEL
GRADIENTEGRADIENTEDINAMICODINAMICO
LINEA DE PRESIONLINEA DE PRESIONDE INYECCION DE INYECCION
DE GASDE GAS..
• Dibuje la línea que une las presiónes de inyección del tope al fondo con el gradiente de inyección
•
• Ubique la Prof. de inyección del gas.
Continuar...
Presión disponible = 900 Lpc en Sup.
= 993.5 Lpc 4250 pies
Presión de Operación
=800 Lpc en Sup. =877 a 4040 pies
Punto de balance a 4000 pies
Punto de Inyección a 3820 pies
LINEA DE PRESIONLINEA DE PRESION DE INYECCION DE INYECCION
DE GAS. DE GAS.
• CALCULAR LA PRESIONDE INYECCION EN EL FONDO.
• ENTRE CON PRESION DE INYECCION EN SUPERFICIE.
• CORTAR CON LA GRAVEDAD ESPECIFICA DEL GAS.
• TOMAR LA LECTURA DE GRADIENTE• DE PRESION DE GAS EN EL FONDO
22 y 19Lpc/1000ft.
900 y 800 Lpc
LEA EL GRADIENTE DE PRESION DEL GAS DE
LA GRAFICA
RGL DESPUESRGL DESPUES DEL PUNTO DE DEL PUNTO DE INYECCION.INYECCION.
• Ajuste su grafica sobre la carta. Busque que en superficie en su grafica, tenga la Pwh deseada (100psi.), y trace el nuevo RGL.
• Nuevo RGL=400 SCF/BBL.
• Consiga la grafica que se ajusta a sus condiciones. Después
Antes
RGL ANTES Y DESPUESRGL ANTES Y DESPUES DEL PUNTO DE INYECCION DEL PUNTO DE INYECCION
Gradiente Gradiente dinámico después de dinámico después de
inyectar gas inyectar gas =0,183 lpc/pie=0,183 lpc/pie
a RGL =400 pc/ba RGL =400 pc/bGradiente dinámico antes de inyectar gas = 0.46 lpc/pieA RGL =200 pc/ b
RGL1 = 200; RGL2=400
UBICACION DE UBICACION DE LAS VALVULAS.LAS VALVULAS.
Con el fin de observar de Con el fin de observar de manera clara la forma en manera clara la forma en
como se ubican las válvulas como se ubican las válvulas ampliaremos nuestra zona ampliaremos nuestra zona
de interés.de interés.
PROFUNDIDAD DE PROFUNDIDAD DE LA PRIMERA VALVULALA PRIMERA VALVULA..
Prof1 =1880 pies.
Tome la pendiente del gradiente de 0.5 lpc/pie y trace la línea hasta que corte la paralela a el gradiente de gas(delta de presión =0 psi.).
Trace una paralela a la horizontal y la prof. a la que corta es la prof.1 de la 1ª válvula.
1ª Valv. 1880 pies
PROFUNDIDAD DE LA SEGUNDA VALVULA.Tome la misma pendiente y en el punto de corte de la horizontal
de la primera válvula con el gradiente dinámico trace la línea hasta que corte la paralela a el
gradiente de gas(delta de presión=25 psi.).
Trace una paralela a la horizontal y la prof. a la que corta es la prof.2 de la válvula.
Prof2= 2960 pies.
1ª Valv.
2ª
Valv.
PROFUNDIDAD DE PROFUNDIDAD DE LA TERCERA LA TERCERA VALVULA.VALVULA.
Prof.3= 3500 ft.
Con la misma pendiente, y en el punto de corte de la horizontal de la segunda válvula trace la línea hasta que corte la paralela a el gradiente de gas(delta de presión=50 psi.).
Trace una paralela a la horizontal y la profundidad. a la que corta es la ubicación de la 3ªválvula.
3ª Valv.
Presión de Apertura = 917 Lpc
PROFUNDIDAD PROFUNDIDAD DE LA CUARTA DE LA CUARTA
VALVULA.VALVULA.Seguimos el mismo
procedimiento que con la válvula anterior
Prof.4= 3820pies.
De la misma manera mostrada, se continua la
ubicación de las válvulas.
4ª Valv. y Pto de inyeccionPresión de
Apertura = 898 Lpc
Por lo general se ubican tan solo cinco o seis válvulas.
.
.
Acá podemos ver ahora la ubicación de todas las válvulas.
Ubicación de todas las válvulas
1ª Valv.
2ª Valv.
3ª Valv.
4ª Valv. y Pto. de Inyecion
Pwh =100 Lpc
PRESION DE CIERRE PRESION DE CIERRE DE LA PRIMERA DE LA PRIMERA
VALVULA.VALVULA.Trazamos una línea que parte de Pwh y corta una paralela (delta de presión=25 psi.)al gradiente de gas en el punto de la segunda válvula.
En el punto de corte con la horizontal de la primera válvula trace una vertical y esa es la presión de cierre de la primera válvula
640
PC1=640 Lpc.
640 Lpc
PRESION DE CIERRE
DE LA SEGUNDA VALVULA.Trazamos una línea que parte
de Pwh y corta una paralela (delta de presión=50 psi.)al gradiente de gas en el punto de la tercera válvula.
En el punto de corte con la horizontal de la segunda válvula trace una vertical y esa es la presión de cierre de la segunda válvula
PC2= 780 psi.
780 Lpc
PRESION DE CIERRE PRESION DE CIERRE
DE LA TERCERA DE LA TERCERA VALVULA.VALVULA.
PC3= 820 lpc
En el punto de corte con la horizontal de la tercera válvula trace una vertical y esa es la presión de cierre de la tercera válvula.
Trazamos una línea que parte de Pwh y corta una paralela (delta de presión = 50 psi.) al gradiente de gas en el punto de la cuarta válvula.
820 lpc
ºF 150 160 170 180 190 200 210
0 200 400 600 800 1000
164ºF
172ºF
177ºF
180ºF179ºF
1880 pies
2960 pies
3600 pies 3820 pies4000pies
Diseño completo con las
temperaturas de flujo a cada
profundidad de válvula.