spe 74832trad - coiled tubing

8/18/2019 SPE 74832trad - Coiled Tubing

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SPE 74832

Artificial Lift Solutions Using Coiled Tubing(Soluciones de levantaiento artificial utili!ando Tuberaenroscada"

Abstracto#$esuen

La versatilidad de la tubería flexible continúa expandiendo su campo de aplicación.El último sector que ha visto el avance de este material único de tubería es laindustria del levantamiento artificial. El concepto de reemplazar la sarta de varilla

de succión con tubería enroscada continua ha sido investigado, evaluado yexitosamente aplicado.

ay un gran número de venta!as de dise"o y operacionales beneficiando a losproductores de aceite y#o gas que pueden ser alcanzadas con este nuevo sistema.Las limitaciones del tama"o de terminación, fallas de conexión y problemas dereparación de terminación son sólo algunos de los motivadores de estainnovación. $iendo una nueva aplicación, aún hay un número de par%metrosoperacionales y de dise"o para estudiar. $in embargo, las instalaciones de pruebahan mostrado que es prometedora.

Este documento resumir% los beneficios operacionales de este nuevo sistema y seenfocar% en una instalación reciente y comportamiento de bombeo de unproductor de altos volúmenes de aceite en el &asamento '(rmico )'ermian&asin*. +ambi(n abordar% un número de %reas para me!oramiento tecnologíco queson planeados para avanzar en esta innovación.

%&T$'UCC%'&

Las sartas de varillas de tubería flexible )+-$* ofrecen un nuevas maneras delidiar con algunos problemas muy antiguos en el campo de bombas de fondo de

pozo est%ndar artificiales, Las +-$ permiten al operador emplear un enfoquediferente para transmitir el levantamiento de la energía, así como tener m%sopciones para llenar sus pozos

La innovación de +-$ es que el operador utiliza un producto de tubería continuamolida )tubería flexible* para conectarse a su bomba de (mbolo de fondo de pozopara el accionamiento mec%nico


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El flu!o de fluido productivo resultante se lleva a la superficie interior de la sarta detubería flexible Las dos principales venta!as es la eliminación de las conexionesde las varillas de bombeo convencional y sus problemas asociados, así como unaverdadera terminación del di%metro del hoyo )pozo*.

'ara evaluar el sistema +-$, una prueba de instalación de pozo fue organizadaen la cuenca del &asamento '(rmico del oeste de +exas . uchos detalles de estanueva metodología dieron resultado con (xito y se documentan a trav(s de esteproceso.

C'&CEPT' E CT$S

El concepto +-$ fue desarrollado originalmente en /rgentina y fue patentadoposteriormente en varias !urisdicciones 0 incluyendo Estados 1nidos y anad%,una empresa internacional de petróleo y la empresa de consultoría con sede enEE.11. buscaban desarrollar un m(todo para completar pozos en pozos

peque"os en /rgentina, en donde se les ocurrió la idea.

1sando tubería flexible )+* para reemplazar la varilla de bombeo convencional, yconfigurar una bomba de varilla est%ndar tal que el flu!o saliente via!e a lasuperficie dentro de la tubería flexible )+* )2ig 3* permitiendo una reducciónsignificativa en el tama"o de la terminación neceesitada para dado caudal deproducción. +ambien reduce los componentes tubulares necesitados para laterminación mientras la cadena +-$ se duplica al mismo tiempo que la sarta devarillas y la tubería de producción.

1n gran número de otros beneficios físicos son anticipados de esta innovación y

est%n actualmente siendo evaluados.

ETALLES E TE$)%&AC%'& CT$S

'ara la mayoría de las aplicaciones los componentes del hoyo de la terminaciónde +-$ consisten de una cadena +-$, una bomba y un ancla. +odos estoscomponentes son desplegados y colocados en un solo via!e en el pozo. En lasuperficie, la cadena +-$ se extiende a lo largo del cabezal de pozo a la brida yse cuelga utilizando una abrazadera de barra pulida. En esta forma, el +-$tambi(n actúa como su propia barra pulida a trav(s de prensaestopas. onectado

en la parte superior de la cadena de +-$ es adecuado con un pivote tubular deacero, que es conectado a la manguera de presión flexible que finalmente ha sidoamarrada en la línea de flu!o superficial. )fig 4.* Es importante notar que cuando latubería flexible )+* est% siendo instalada, un con!unto de rodillos deenderezamiento es instalado para asegurar que la curvatura residual sea removidade la cadena.


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P$'*LE)AS )EC+&%C'S

ay un gran número de beneficios mec%nicos con las terminaciones +-$ debidoal hecho de que no sólo se requiere una conexión al pozo 5 como contraposición alos acoplamientos de la varilla de bombeo en una terminación convencional. El

conector único de +-$ une el forndo de la cadena de tubería flexible )+* a labomba, por lo tanto sólo es cargado por el peso del fluido y cualquier inerciaresultante a trav(s del ciclo de bombeo.

Es razonable anticipar que eliminando el acoplamiento múltiple debería resultar enuna reducción significante en un tiempo de reposo y actividad de serviciotípicamente requirió recuperación y reparación de sartas de varillas que hanfallado debido a fallos de acoplamiento. ientras el concepto est% en el are, sóloel tiempo y la experiencia aprobar%n la validez de este exposición )teoría*.

6o tener algún acoplamiento tambi(n significa que el material de +-$ es 7decapa8 o uniforme de di%metro a lo largo de su longitud. Esto es anticipado paratener dos venta!as principales sobre las varillas articuladas convencionales.

La primera venta!a de esto es que el desgaste de los contactos asociada con unavarilla de bombeo traba!ando de ida y vuelta en la terminación ser% minimizado sino es eliminado. omo se ve en la figura 9, en la terminación onvencional, lageometría creada por el acoplamiento# configuración de varillas, puede resultar enconcentraciones relativamente altas en los puntos de contacto si la terminación noes perfectamente vertical. 'ara las aplicaciones +-$ esta fuerza normal es bienatribuida y tendr% una me!or oportunidad para permanecer ba!o el nivel crítico paraque el gasto abrasivo acelerado tome lugar.

:tra diferenciación física que afecta el desgaste es la diferencia de rigidez entrela varilla de bombeo y el +-$. ientras el +-$ puede ser especificado enrangos que van desde 38 hasta 4;8, los di%metros típicos ir%n desde 3


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rea de sección transversal del +-$

2 t

D2−¿

D2

2−(¿¿ 2 ) π /4

A CTRS=¿

2 x 0.156

1.75−¿

1.752−(¿¿ 2 ) π /4¿¿

¿ (3.06−2.07 ) π / 4

0.777∈¿2

¿¿

'or lo tanto en este e!emplo ambos son cercanamente equivalentes en %rea perola varilla de bombeo es ligeramente m%s grande y debido a esto ligeramente m%spesada y m%s fuerte que el +-$ )por 3F asumiendo densidad similar yrendimiento # propiedades de resistencia finales*

/hora, observando el momento polar de inercia de cada uno de estos e!emplos,tenemosA

omento de Gnercia de la varilla de bombeo

I SR=π D14

/64

¿π 14

/64

¿0.049 ¿4

omento de Gnercia del +-$

2 t

D2−¿

D2

4

− (¿¿ 4 ) /64

I CTRS

=π ¿

2 x 0.156

1.75−¿

1.754−(¿¿ 4 )/64

¿ π ¿

¿0.25 ¿4


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-elación de omentos de Gnercia 'olares

Relación= I CTRS/ I SR

¿0.25/0.049

¿5.10o510

Lo que hemos visto aquí es que aunque el material de %rea seccional transversalde cada una de estas muestras son casi id(nticas, La rigidez de pandeo del +-$es de m%s de ? veces de la fuerza comparable de la varilla de bombeo. Es obvioque esta relación se mantendr% para otras comparaciones de +-$ contra varillade bombeo debido a los problemas de geometría del tubo y varilla.

/sumiendo que con ambos, varilla de bombeo y +-$, hay tensión de

compresión en un punto en la sarta durante el estrangulamiento, el contactoacero0acero resultar% de un pandeo sinusoidal o helicoidal. La rigidez del materialdefine la cantidad de deformación de la varilla en el estrangulamiento y a fuerzanormal es calculada de la siguiente maneraA

Fuerzanormal=( IDT − D R ) x F A2/4 EI

BóndeA

IDT = Diametro interior de la tubería

D R= Diametro de la varilla

F A= La fuerzaaxial

'or el bien de comparación, considere los dos pozos comparables, uno con varillade bombeo y el otro con +-$ 5 utilizando la misma varilla de bombeo de 38 y un+-$ de 3.H?8 como en la parte previa de este e!emplo. Especificaremos quecada uno es instalado en @.9 lb#ft, D H#I8 de tubería y que el estrangulamiento hayuna carga resistiva de ?>> lb.

2uerza normal de la varilla de bombeo

2uerza normal de +-$


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-elación de fuerzas normales

'or lo tanto la fuerza normal resultante utilizando +-$ ser% menos del 3>F queuna varilla de bombeo convencional. +ambi(n considere los resultados de losc%lculos de arriba en una tensión de línea o un valor de 7fuerza por longitud8. En laactualidad la fuerza de varilla de bombeo se manifestar% en los puntos de contacto

5 m%s que totalmente distribuida. $ería difícil especificar exactamente cualespuntos de la varilla de succión entrar%n en contacto durante esta acción peropodemos considerarlo a futuro para definir los límites superiores e inferiores de lamagnitud de la condición de contacto.'ara identificar el rango sobre el cual este fenómeno se presentar% podemos mirar un caso donde la longitud entera de D? ft de la varilla de bombeo est% en contacto.'ara el otro fin de este rango podemos ver lo que ocurre si sólo la unión est% encontacto.

2uerza total normal para la varilla de bombeo en contacto total

+omando un momento para evaluar el +-$ ba!o estas condiciones, tenemosA

2uerza total normal para +-$ en contacto total

-egresando al an%lisis de la varilla de bombeo, hemos visto que la varilla debombeo convencional ba!o estas condiciones de carga, desarrollar% 3I.4 lbs defuerza normal a lo largo de D?0ft si los contactos de longitud entera hace contactocon la terminación. 1tilizando este cargamento, y por un momento considerandosólo los acoplamientos en contacto con la terminación, el esfuerzo de contactolineal resultante sería como sigue )con un acoplamiento de 98*


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NF acolamiento= 18.3

lon!itud de acolamiento

¿4.58 lb"/¿

:bviamente la carga no es probable a ocurrir solo en los contactos deacoplamiento, ni es probable a ser totalmente distribuida a lo largo de la longitudde la varilla. 'or lo tanto el valor actual ser% probable a caer en algún lugar entre>.>@3 lbs#in y 9.?I lbs#in. omparando esto con los valores previamentecalculados de >.>>?@ lb#in para el +-$, la fuerza normal es significativamentem%s alta para la varilla de bombeo.0 incluso en el me!or escenario. +raba!ospasados han verificado la relación entre la fuerza normal y la tubería o desgastede varilla y que con aumentos lineares en la presión de contacto habr% unelemento exponencial en el desgaste.-igidez m%s alta tambi(n debería ayudar la eficiencia de la operación de bombeo.

$iendo m%s rígido, el +-$ debería requerir menos peso en la barra dehundimiento o ser m%s efectivo en terminaciones de grandes di%metros.

P$'*LE)AS E ,LU-'

:tra %rea donde el +-$ ofrece beneficios operacionales es en la din%mica defluido del sistema.'rimero que nada, en las instalaciones de varilla de bombeo, se requiere que elflu!o productivo via!e hasta la varilla de bombeo # espacio anular de tubería deproducción para alcanzar la superficie. $i bien es un espacio anular relativamentegrande, los acoplamientos de varilla de bombeo crean restricciones al fl!o )2ig ?*

onsiderando una terminación de 9>>> ft con una varilla de bombeo de D? ft,entonces abran aproximadamente 3@> acoplamientos donde esta condición derestricción de flu!o ocurrir%. Bos consecuencias pueden ser atribuidas a esta caídade presión. 1na es que la eficiencia de las operaciones de bombeo puede ser adversamente afectada. La otra es que en %reas donde los asf%ltenos y parafinasest%n presentes, es posible que esta repetida y creciente presión del fluidomientras se mueva al pozo pueda resultar en una condición favorable para ladeposición de estos materiales.

El tama"o general del espacio anular puede contribuir a una futura deposición

cuando se compara con una terminación por +-$ alternativa.

Be nuevo, usando la misma muestra anterior de terminación de 9>>> ft. Losvolúmenes de paso de flu!o respectivo son de la siguiente maneraA


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$i bombeamos cada una de estas terminaciones al mismo caudal que antes 5 por e!emplo 5 @>> &2'B, los tiempos de ascenso son como se muestra acontinuaciónA

+iempo de ascenso de la varilla de bombeo

+iempo de ascenso del +-$

-elación de tiempo de ascenso

'or lo tanto el fluido en la terminación con +-$ alcanza la superficie en 9DF deltiempo que le tomaría a una terminación convencional. uando la temperatura esun problema para el ambiente deposicional es posible que esto ayude a prevenir oal menos a reducir la formación de parafinas y asfaltenos.

CAS' .%ST/$%C' E CT$S

El resto de este documento detallar% la instalación y comportamiento de unaterminación +-$ en un alto volumen de pozo de aceite en Jest +exas.

CA)P' .%ST/$%C'

El ampo Koldsmith est% localizado en la parte norte del centro del condadoEctor, +exas, y est% situado en un gran anticlinal 6E0$: en la parte oriental de la'lataforma de 'roducción del &asamento entral )entral &asin*, es de seisyacimientos. Krayburg. $an /ndres, larfor )?@>>8*, +ubb, Bevonian, yEllenburger. Los yacimientos m%s prolíficos son el de $an /ndr(s )9D>>8* y ellearfor )?@>>8*


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El primer pozo perforado en el ampo Koldsmith fue un pozo de gas terminado enla formación de $an /ndr(s en Biciembre de 3M49. El $charbauer 6o. 3 o /03 fueperforado en la $ección D>, &loque 99 +0G06 y produ!o 9> bopd y D? cfpd

Batos de la formación de $an /ndr(sA•

Las operaciones de inyección de agua de campo limpio comenzaron afinales de 3M?>.• La profundidad promedio de 9D>> pies, con un ligero descenso de

formación de 3>> a 3?> pies por milla.• /proximadamente 33>> pies de dolomita, anhidrita y lutita• La pata de aceite del yacimiento es de alrededor de 3>>03D?N de grosor, con

una grande zona de transición en la columna de agua.

C$%TE$%'S E C')P'$TA)%E&T' E CA)P'

/lgunos de los problemas asociados con el ampo KoldsmithA• $e mueve con ?>>0I>> &2'B con sistemas de bombeo de varilla

convencional resultando en un desgaste de tubería con varilla debido alpandeo de la sarta.

• a!as de engrana!e sobrecargados• Limitado en tama"o de tubería en muchos niveles por revestimiento o liners

de 9;8• Las reducciones de sub0bombeo son caras y pueden desgastarse en 409

a"os

2echa del $ervicio Bescripción del +raba!o 'rincipal33#34#M? 2allos de +uberíaI#39#MH 2allos de +ubería9#M#MI 2allos de +uberíaI#3#MI :trosM#4>#MI 2allos de Oarilla 'ulida3D#DM#MI 2allos de +ubería3#D@#MM 2alos de Oarilla9#I#MM 2allos de &ombeo3#3>#>> 2allos de +uberíaH#?#>3 antenimiento

aracterísticas de +-$• apaz de mover los mismos volúmenes con menos '• La ca!a de engrana!e no ser% sobrecargada• La varilla de tubería de engrana!e ser% determinada• Las opciones de + eliminan las ca!as de varillas.


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• ualquier contacto con la sarta exterior )ya sea con tubería o revestimiento,se distribuir% sobre o a lo largo del %rea, reduciendo las fuerzas abrasivas*

• El + es m%s rígido que las varillas

ise0o de Terinaci1n de CT$SBetalles del 'ozo

El K$/1 D03@H es un pozo vertical terminado con tubería de ?;8 39 lb#ft, P0??tubería de revestimiento instalada a una profundidad de 9D39 ft.. 1na de 9;8 33.@lb#ft P0?? la línea de tie bac esta cementada desde superficie a 9>>4 ft. ay D@perforaciones distribuídas desde 9349 ft hasta 9D>9ft produciendo un promediode @DD &2'B y 9 2'B )2ig I*

EL K$/1 fue originalmente terminado con un D


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&asado en las especificaciones de -:+:2LER M>>, y la producción requerida de@D> &'B, el remanente de los componentes de terminación de +-$ fuerondise"ados.

*')*AS E A$%LLA

La terminación de +-$ utiliza bombeo convencional con varillas con un tubo detracción hueco para producir el pozo. El equipo de superficie y la producción delpozo determinaron la mayoría de las variables de bombeo de varillas. Laexcepción fue el di%metro del (mbolo de las bombas de varilla. La ecuación dedesplazamiento teórico de bombeo fue usada para calcular el di%metro mínimo del(mbolo.

Besplazamiento de &ombeo +eórico

BóndeA

OC Besplazamiento de &ombeo +eórico )&'B* /pC rea del (mbolo )inD* C )π#9* BD

$p CSmbolo efectivo $troe )in* C >.I? $$ C $uperficie embolada )in*6C Embolus por minute )spm*

$ustituyendo los valores conocidos y resolviendo para los di%metros de (mbolo, laecuación rindeA

El di%metro calculado es el di%metro mínimo para alcanzar el caudal deproducción deseado. 'ara asegurar que el ob!etivo de la producción es obtenido,un (mbolo de mayor di%metro debe ser instalado. $ustituyendo un di%metro de

D.I? es aplicado a la longitud del(mbolo de superficie para calcular su efectividad. alculando la producción


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usando un (mbolo de D &'B. Este caudal de producción essatisfactorio, y con un deslizamiento aceptable del fluido en la bomba deaproximadamente D9 &'B, las especificaciones de varilla de bombeo de tuberíafueron determinadas. Las especificaciones finales fueron un (mbolo de D.>>@N en el fondo de un tubo de tracción hueco de 3;8x 438 en un barril de 448

G&STALAC%/& %&%C%AL A&CLA E *')*A

El beneficio a"adido de ser capaz de operar el +-$ sin tubería de producciónplantea un problema de como anclar la bomba. Besde que la tubería deproducción es eliminada, el barril de bombeo de tubería tiene que ser ancladosimilarmente a una inserción de bombeo. 1n obst%culo encontrado fue que losancla!es de la bomba de inserción común solo est%n disponibles para tuberías derevestimiento de hasta 4 ;8. 1n obst%culo adicional fue que si estas anclas eran

aumentadas de tama"o, tenían que ser levantadas y rotadas para colocarse. Estofue determinado por ser un paso indeseado con las unidades de tubería flexible ylos esfuerzos fueron emprendidos para dise"ar un ancla!e apropiado.omplicando el dise"o est%n las fuerzas variables aplicadas al ancla. Besde queel fluido es producido a trav(s de la tubería flexible, la presión diferencialhidrost%tica del fluido es aplicada y removida del ancla en cada bombeo, Estacondición de fondo requiere la construcción de un ancla robusta que aún permitaque el fluido migre a su alrededor.En la evaluación de los requerimientos, un modelo modificado de 9 ;8 x D 4#I8 7&8+/ fue usado como un ancla de bombeo. 1na vez instalada, el ancla puede ser recuperada por pescadores de cizallamiento con 3?>>> lbs de fuerza de tirón. 1n

acoplamiento de tubería de D H#I8 con un ancla de lodo de D H#I8 deber% ser conectado ba!o el ancla y un sello de cierre de recorte receptor se instalar% en laparte superior. El receptor aceptar% un con!unto de agui!ón retenedor instalado enel fondo del cilindro de bomba.El con!unto de agui!ón retenedor es un sistema de cierre de tipo cesta 5 pinza.'ara ser capaz de !alar la bomba y de!ar el ancla, las pinzas fueron dise"adaspara liberarse con un tirón de ?4>> lbs. omo una consideración operacionaladicional, una cizalla shear fue instalada entre la bomba y el agui!ón ensambladopor la probabilidad de que en un evento, ambos, el agui!ón ensamblado y el anclase atoren.Besafortunadamente, el dise"o del ancla requiere que sea colocado utilizando un

equipo de reacondicionamiento y una tubería acoplada. ientras esta no fuera lasituación ideal, el ancla fue estimada a ser la me!or disponible en ese tiempo. $edecidió que el dise"o de ancla sufriría investigación a fondo con el fin de dise"ar un ancla que pudiera ser colocada con tubería flexible mientras simult%neamentese instalara la bomba.

TU*E$A ,LE5%*LE


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La selección de la sarta de tubería flexible es crítica para obtener el dise"ocorrecto de +-$. La tubería flexible es el conducto para los fluidos producidos ala superficie y es expuesto. /mbos internamente y externamente, a cualquier condición corrosiva en el pozo. Estas condiciones pueden limitar el grado detubería flexible que puede ser utilizado, adversamente afectando la profundidad

m%xima del +-$. /dicionalmente, la geometría de la tubería flexible debe ser optimizada para asegurar la energía mec%nica aplicada al agu!ero, la deformaciónhelicoidal es minimizada y que el caudal de producción requerido es alcanzable.Estas variables deben ser determinadas basadas en los límites operacionales dela unidad de bombeo, la geometría del pozo y la resistencia a la fatiga aceptada dela tubería flexible.La industria tiene muchos programas que son capaces de calcular todos estospar%metros cuando se usa varilla de bombeo convencional y pueden ser manipuladas para que coincida una lectura de di%metro existente.Besafortunadamente, estas aún no est%n colocadas para manipular las diferentesfuerzas encontradas con +-$. 1na disparidad es la fricción del fluido dentro dela tubería flexible. 1n modelo de flu!o de fluido computarizado es usado parapredecir esto con el entendimiento de que el fluido sólo se est% moviendo a mitadde tiempo relativo a la tubería flexible. 'or lo tanto, si la producción diaria es ?>>bbls, la mitad del tiempo el fluido es estacionario dentro de la tubería flexible y elresto del tiempo el caudal de fluido es equivalente a 3,>>> &'B. :tra %rea dedistinción del +-$ es la fuerza actuante en el (mbolo para proveer flotabilidad.Las sartas de varilla convencional est%n siempre ba!o efecto de flotabilidad de lacarga hidrost%tica. El dise"o de +-$ tiene que contar por el nivel del fluido en elespacio anular de la tubería flexible. onsiderando estos cambios, una balance defuerza tiene que ser estudiado para determinar los picos de la carga de varilla y lacarga de varilla mínima.Bebe notarse que un programa de an%lisis en forma de onda de tuberíaconc(ntrica conteniendo fluidos variables est% siendo desarrollado pero esta fueradel %mbito de este documento. $e entiende que habr% alguna deformaciónhelicoidal causando fuerzas normales debido al contacto con la pared. En esemomento, estas fuerzas no son cuantificables, y debido a la geometría del +-$,ser% considerado despreciable en los c%lculos

P%C'S E CA$6A E A$%LLA PUL%A

a sido determinado que el valor m%ximo de la aceleración hacia aba!o, queincrementa la carga en la tubería flexible, ocurre al fondo del estrangulador. Este

valor m%ximo es dado porA

BóndeA

a3C aceleración m%xima hacia deba!o de la tubería flexible )ft#segD*$ C superficie de estrangulador )in*


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6 C velocidad de bombeo )spm*c#p C relación manivela0minero

- 'ositiva para unidades convencionales- 6egativa para unidades de aire y ar GG- /sumida despreciable para un L$'1

1na suposición es hecha sobre que la v%lvula via!era se cierra y la v%lvula fi!a seabre a la aceleración m%xima hacia aba!o. 1n balance de fuerza en este momentoproduce el ''-L

''-L C )peso de la columna de fluidos* T )peso del (mbolo y tubería de tracciónhueca* T )peso de la tubería flexible* T )aceleración* T )t(rmino de fricción* 5)flotabilidad del (mbolo*

El peso del (mbolo y tubo de tracción huevo ser%n considerados despreciables. /dicionalmente, se asume que todo el gas asociado es producido en el espacioanular.

Befiniciones adicionales de cada componente de la ecuaciónA

'eso del fluido )Jf*

BóndeA

Bensidad del fluido )lb#gal* 'rofundidad de bombeo )ft* 'resión de línea de flu!o )psi* rea del (mbolo

'eso de la tubería flexible )Jct*

BóndeA

Longitud de la nU sección cónica )ft*

'eso de la nU sección cónica )lb#ft*

+(rmino de aceleración

'ara determinar el ''-L, la aceleración m%xima hacia aba!o necesita ser calculada mediante la multiplicación de a3 por el Jct

+(rmino de fricción del espacio anular )2 fa*


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La fricción entre la tubería flexible y el fluido del espacio anular es calculadausando un modelo de flu!o de fluido. La magnitud del t(rmino depende del nivel delfluido y sus propiedades, el %rea de espacio anular, caudal del estrangulador,longitud de estrangulamiento y profundidad de bombeo.

2lotabilidad del (mbolo

2uerza de flotabilidad )lbs*'rofundidad de bombeo )ft*'rofundidad del nivel del fluido en el espacio anular )ft*

rea del (mbolo )inD*Bi%metro exterior de la tubería flexibleBi%metro interior de la tubería flexible

$ustituyendo dentro de las ecuaciones de balance de fuerza se obtiene lasiguiente ecuación ''-LA

CA$6A E A$%LLA PUL%A )&%)A

a sido determinado que el m%ximo valor de la aceleración hacia arriba, la cualdisminuye la carga en la tubería flexible, ocurre en la cima del estrangulador. Estevalor m%ximo est% dado porA

/DC aceleración m%xima hacia arriba de la tubería flexible )ft#segD*$ C superficie de estrangulador )in*6 C velocidad de bombeo )spm*c#p C relación manivela0minero

- 6egativa para unidades convencionales- 'ositiva para unidades de aire y ar GG- /sumida despreciable para un L$'1

1na suposición es hecha sobre que la v%lvula via!era se abre y la v%lvula fi!a secierra a la aceleración m%xima hacia arriba. 1n balance de fuerza en estemomento produce el '-L

'-L C )peso del (mbolo y tubería de tracción hueca* T )peso de la tuberíaflexible* T )aceleración* T )t(rmino de fricción* 5 )flotabilidad del (mbolo*


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1na vez m%s, el peso del (mbolo y el tubo de tracción hueco ser%n consideradosdespreciables.

'eso de la tubería flexible )Jct*

BóndeA

Longitud de la nU sección cónica )ft* 'eso de la nU sección cónica )lb#ft*

+(rmino de aceleración

'ara determinar el '-L, la aceleración m%xima hacia aba!o necesita ser calculada mediante la multiplicación de aD por el Jct

+(rmino de fricción )2f *A

BóndeA

2ricción del fluido en el espacio anular 2ricción del fluido en la tubería flexible

/mbos valores de fricción son calculados usando un modelo de flu!o de fluidos

2lotabilidad en el (mbolo

BóndeA

2bC 2uerza de flotabilidad )lbs*BpC 'rofundidad de la bomba )ft*

/p C rea del (mbolo )inD* /+GBC Bi%metro interno de tubería flexible

$ustituyendo en las ecuaciones de balance de fuerza se obtiene la siguienteecuación '-LA

C+LCUL'S PA$A 6SAU 297


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La producción y descripción del pozo han sido definidas )2ig 3>* , una unidad debombeo fue seleccionada y las especificaciones de varilla de bombeo han sidodeterminadas. 1na sarta de tubería flexible 3 =8 x >.3H?8 M>V fue investigadausando las ecuaciones de balance de fuerza para asegurar un dise"o apropiadeode +-$. La bomba sería colocada al final de la de 9 ;8 a 9>>4N.

'or lo tanto, la carga de varilla de punta pico esA

'or lo tanto, la carga mínima de varilla de punta pico esA


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Las cargas de varilla polish calculadas se comparan favorablemente con la cartadinamom(trica actual del K$/1 D03@H )2ig.3>*

Bado que las cargas de varilla polish calculadas estaban dentro de los par%metrosoperacionales para la unidad de bombeo, un dise"o de terminación has sidodeterminado para mec%nicamente proveer la producción requerida. La última guíaa ser investigada era la resistencia a la fatiga para determinar si el +-$ fue unasolución económica.

C+LCUL'S E ,AT%6A

La industria de tubería flexible ha invertido en una gran cantidad de tiempo yesfuerzo en el estudio de la fatiga pl%stica de tubería flexible. asta el momento,poco esfuerzo ha sido hecho por estudiar el efecto de la fatiga de alto ciclado entubería flexible. Besde que las pruebas extensivas son requeridas para determinar la capacidad de la tubería flexible, en el interino, un modelo computacional teóricoha sido desarrollado. El modelo toma en cuenta los da"os físicos microscópicosque pueden ocurrir en el pozo ba!o el rendimiento final de la fuerza del materialcuando se expone a estr(s cíclico. El modelo fue usado para estimar la vida defatiga de la tubería flexible de 3 =8 x >.3H?8 M>V )2ig 33 y 3D*. El modelocontinuar% siendo usado como un punto de referencia hasta que los datossuficientes sean colectados para correlacionar.

Bebido al hecho de que no existen datos analíticos para confirmar el modelo defatiga, El diagrama de $tress /'G odificado de Koodman fue usado parasustancia que la tubería flexible no sería sobre cargado. / pesar que el diagramaes comúnmente usado para las varillas de bombeo de acero, El material detubería flexible es comparativo al acero usado en las varillas.

La tensión m%xima es calculada asíA


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La tensión mínima es calculada asíA

/plicando los valores calculados a los diagramas /'G modificados de Koodman,se corrobora que la tubería flexible est% operando ba!o condiciones de traba!opermitidas.

E:U%P' E SUPE$,%C%E ; .A$


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La principal reservación en el conector fueron las !untas tóricas. 'ara que el +-$operara apropiadamente, tuvo que haber un sello hidr%ulico constante. El sellodebió ser capaz de resistir las cargas y operar por un extendido periodo de tiempo.$i las !untas tóricas se barrieran debido a las cargas secundarias, eventualmentefallarían. Gncluso una peque"a fuga reduciría enormemente la eficiencia del

sistema y fallaría por completo r%pidamente.La solución propuesta fue instalar un conector roll0on en la ranura con paradasanti0rotación. El roll0on ha sido probado por muchos a"os como un conector confiable y proveyó cuatro !untas tóricas. En adición, una manga de apoyo fuemanufacturada que se deslizaba sobre la tubería flexible a trav(s del conector. Lostornillos de fi!ación fueron dise"ados para mantener la manga en su lugar. Lateoría era que la manga de poyo absorbería cualquier carga secundaria, de estemodo reducir a grandes rasgos la posibilidad de fallo de las !untas tóricas )fig. 39*

Besde que el conector superficial estaría ad!unto a la tubería flexible sobre labrida, estaría expuesto a tensiones cíclicas muy ba!as. La única fuerza aplicada alconector superficial serían las cargas secundarias#laterales debido al peso de lamanguera de producción.'ara transferir los fluidos producidos desde la tubería flexible hasta la línea deflu!o, un sistema reciprocante tuvo que ser usado.Gnstalado en el conector superficial hay una manguera hidr%ulica de 4>>> psi. La manguera necesita tener suficiente holgura para evitar tensarse durante el estrangulamiento. 'ara permitir la holgura y evitar que la manguera roce el suelo o enredarse con el cabezal depozo, una tubería vertical tuvo que ser instalada directamente en la línea de flu!o)fig 34*


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%&STALAC%/& EL CA)P' E CT$S

El D> de septiembre del D>>3, el +-$ fue instalado en el K$/1 D03@H. El pozo

ha sido preparado para colocar el ancla de 9 ;8 x D 4#I8 modelo 7&8 +/ a 4MM>N. /d!unto ba!o el ancla est% un ensamble de tubería de D H#I8 con un ancla de lodode D H#I8El ensamble de broche de cierre de punta fue hecho hasta el fondo de la bomba ytodo fue desplazado dentro del pozo utilizando placas de desplazamiento yabrazaderas de tubería de perforación.ientras es común traba!ar con un agu!ero descubierto mientras se instala lavarilla de bombeo, fue una situación única para operaciones de tubería flexible.'ara aliviar las reservas de traba!o con un agu!ero descubierto a la atmosfera yuna leve posibilidad de perder el control del pozo. 1n camión de paro fueimprovisado para lubricar el fluido en el pozo.

La tubería flexible fue colocada en el inyector y operada a trav(s del enderezador.La presión hidr%ulica suministrada al enderezador fue optimizada para remover todas las curvaturas residuales de la tubería flexible.on la tubería flexible recta, el conector roll0on fue instalado y llegó a la bomba.'ara evitar que el barril de la bomba de cayera en el pozo y posiblementeda"arse, el (mbolo tuvo que ser estrangulado antes del desplazamiento paraensamble. 1na lección valiosa se aprendió durante este procedimiento. Bebido altama"o de la cabeza del inyector y enderezador, la unidad de bombeo necesitadapara ser espaciada del cabezal de pozo para darle espacio de operación.

/fortunadamente, la unidad de bombeo / se desliza f%cilmente del pozo.La bomba fue deslizada al pozo y el cabezal inyector#enderezador llegó al cabezal

de pozo. El ensamble se operó dentro del pozo y se enganchó en el ancla. 1naprueba de bombeo se realizó para asegurar que las pinzas se engancharonapropiadamente.


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%&TE$P$ETAC%/& EL %&A)/)ET$'

La carta de dinamómetro en la 2igura 3M muestra que modificando los par%metrosde entrada, el comportamiento de +-$ puede ser modelado usando lecturas deprogramas de levantamiento artificial disponibles. El softQare usado aquí muestraque tan bien el diagrama predicho coincide con el diagrama actual. El modelo usó

un (mbolo de sarta de succión de una pulgada con algunas barras de hundimientopara representar los dos collares de perforación que fueron usados en el fondo dela sarta tubería flexible. La sarta de una pulgada fue usada en el modelo. Esto sedebe a que el %rea de sección transversal en una de la sarta de varillas de unapulgada est% muy cerca de la sarta de tubería flexible de 3.H?8

)'&%T'$>' E LA *A$$A PUL%A? (*A$$A P'L%S."

ientras las terminaciones de +-$ son instaladas usando una línea de barrapulida, se decidió que para esta instalación la sarta de tubería flexible continuaactuaría como su propia sección de barra pulida.Esto provee tres beneficios. En el primer caso simplifica los requerimientos dehardQare en superficie. omo la tubería flexible de 3.H?8 usada para la instalación,una línea de barra pulida de D8 sería requerida. Este no es un tama"o común delínea y tambi(n habría requerido el uso de una ca!a de empacadores modificada.


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El segundo beneficio de preceder una línea de barra pulida es que simplifica losrequerimientos de instalación. +ales como el uso de tubería flexible como supropia sección de barra pulida, reduce el número de pasos para asentar laterminación.2inalmente esto elimina la necesidad de una conexión superficial de cargas altas

en tubería flexible.omo con una instalación de barra de succión alineada correctamente, esanticipado que deba haber un ligero desgaste en la sección de barra pulida del+-$. La tubería flexible tiene una superficie suave e incluso si est% ligeramenteovalado de ser desviado, la ca!a de empacadores internos tomar% la forma de latubería flexible.abiendo hecho esta innovación al proceso de +-$, se sintió que se necesitabarecolectar datos en la sección de barra de succión para ver si algún desgasteapreciable podría ser detectado. La tabla D muestra datos de los dos primeros setsde datos de mediciones utilizando un micrómetro digital en las secciones superior,media e inferior de una sección de barra pulida. 1n di%metro exterior promedio sereportó debido a la ovalidad de la tubería flexible.En esta instalación, una ca!a de empaques fuera de la plataforma fue usada comoun sistema de mecha para lubricación.

/ pesar de todo, se puede ver que no ha habido desgastes discernibles. Bebido alos errores de medición y la dificultad de evaluar un di%metro exterior promedio,uno de los sets muestra una ligera reducción en el di%metro, mientras las otrasdos reportan un ligero incremento en el di%metro. $e asume que la cantidad dedesgaste ser% mínimo pero las mediciones continuar%n siendo tomadas

C')P'$TA)%E&T' 6E&E$AL EL S%STE)A

En la instalación inicial, M#D>#>3, la sarta fue colocada con la grúa para asegurar que el sistema estuviera funcionando apropiadamente. El fluido llegaba asuperficie con cada estrangulamiento, así que las conexiones de cabezal fueronhechas. Bespu(s de encender la unidad de bombeo, las abrazaderas de barra


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pulida parecían caerse de la barra portadora como si el +-$ se estuvieraapilando o posiblemente pandeando. ubo algunos problemas al alinear la unidady el ':, así que la decisión fue hecha para alentar el caudal, del planeadooriginalmente de 9.3 a 4.D. El sistema parecía controlarse y funcionar adecuadamente hasta alrededor del 3>#I#D>>3. 6ote que ningún dato de

producción fue alcanzado hasta este momento, este pozo es uno de muchos enuna misma batería, así que el pozo tuvo que ser puesto a traba!ar a tiempo para laprueba del colector.El sistema de +-$ comenzó a apilarse de nuevo, posiblemente por pegues debomba, así que la sarta y bomba fueron sacadas el 3>#3>#>3. Bespu(s de unainspección de la bomba, algunas piezas de metal fueron encontradas en la bombay esta estaba severamente destruida, en parte debido a las piezas de metal, y enparte por el 2e$:D del pozo. El pozo tambi(n contenía alrededor de DF de D$.Las piezas de metal fueron enviadas para ser analizadas, y se encontró quetenían diferente metalurgia a la del +-$. El metal parecía ser parte de la bomba,y posiblemente algunas basuras producidas. Bespu(s de que la bomba estabalista para re0operar, el sistema fue instalado el 3>#3?#>3.Bespu(s de alcanzar la profundidad deseado, la sarta fue un poco m%s deba!o delo que debía, lo que indicó que parte del sistema de ancla!e del agu!ero perforadose había movido. 1n sistema de ancla!e revisado fue ideado, operado con unaunidad convencional de bombeo y operado sobre la sarta. Bespu(s el sistema fuereinstalado el 3>#D9#>3. 'ara asistir el estrangulamiento de la bomba, el operador agregó dos collares de perforación sobre la bomba para actuar como barras dehundimiento.Esta vez el sistema operó continuamente por alrededor de 3> semanas. Burantevacaciones se encontró que estaban apil%ndose de nuevo.El 3#3>#>D, el sistema fue sacado de nuevo y se descubrió que el sistema deancla!e se había separado. 1n nuevo sistema de ancla!e fue ideado y el sistemavolvió a operar en el pozo el D#33#>D. Esta vez el sistema de ancla!e era de tipom%s permanente. Esto es, que estaba basado en un sistema de empacadores,que tenían parte asentada en línea de alambre, y despu(s el resto del sistema deancla!e estaba al final de la bomba para que se pudiera asegurar como unempaque, pero aún podía ser sacado con la bomba.

EC'&')A EL CT$S

/sí como con las nuevas innovaciones t(cnicas se necesita saber la motivacióneconómica para poder !ustificar e impulsar el proceso. $e anticipa que el +-$

ser% impulsado por un número de factores económicos. En breve estos sonA• :pciones de terminación con agu!ero peque"o• ostos reducidos de material de terminación• Eliminación de fallos de acoplamiento• -educción de fallas de desgaste de tubería• enores requerimientos para el poder de levantamiento


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/lgunos de los puntos mencionados requieren consideraciones y discusión m%sall% de la finalidad de este documento. Esta sección se centrar% directamente enlos aspectos económicos relacionados al asunto del pozo en este artículo.Las tres opciones para producir el K$/1 D03@H fueron operar las barras desucción con una unidad de bombeo convencional o una L$'1, o instalar una

terminación de +-$. La economía de cada terminación fue examinada. Loscostos de unidades de bombeo no son incluidos en el an%lisis por razones queser%n descritas, tampoco un L$'1 o un E$' fueron necesitados para alcanzar losrequerimientos de producción adecuados. omo se mencionó previamente, elE$' fue eliminado como opción económica debido a que las bombas de líneadelgada necesitaban ser operadas en revestimiento de 9 ;8. El uso el(ctricoestimado sólo para el E$' sería de XD,I4@.>>#mes.

TE$)%&AC%/& C'& *A$$A E SUCC%/& C'&E&C%'&AL

El K$/1 D03@H originalmente tenía una unidad de bombeo convencional Lufin

@9>04>?03@I en operación. 'ara producir los @D> &2'B requerido, el caudal deestrangulador tuvo que ser de 3>.I? spm los cuales producirían una velocidad debarra pulida de 3I9D in#min. Esto es D4F m%s que una regla de dedo límite de3?>> in#min para minimizar el desgaste de tubería en la barra. /dicionalmente lasarta de barras dise"ada sería cargada al MMF de tensión m%xima. Las barras dealta fuerza no podrían ser utilizadas debido a la presencia de D$. / pesar de queel sistema no era una opción viable, la economía estaba preparada en cuestión decomparación. )+odos los costos para el sistema de bombeo con barra son listas deprecios publicados*

TE$)%&AC%/& C'& CT$S@

on la unidad de L$'1 y el +-$, el m%ximo de fluidos producidos habría sido de@MH &2'B con la unidad operando a 9.4? spm. Be nuevo, esto pudo haber producido una velocidad de barra pulida de 3D?4 in#min.


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omo puede ser visto, la terminación con +-$ fue la opción m%s cara. La

diferencia m%s notable fue los costos de instalación. Esto es atribuido a dosfactores. El primero es que como esta fue la primera instalación de +-$ para elequipo, la curva de aprendiza!e estaba alta y la instalación tomó todo el día. Lasinstalaciones subsecuentes han sido m%s r%pidas y concesiblemente dosterminaciones pudieron ser instaladas en un día con planeación adecuada. Estopudo reducir los costos de instalación a la mitad. $egundo, una unidad de servicioconvencional de tubería flexible fue usada para la operación. En tiempo, si el+-$ es aceptado como una t(cnica de terminación viable, un paquete de equipoespecífico ser% utilizado que debería permitir una reducción en los costos deoperación.

C'&CLUS%/&La instalación del +-$ de Koldsmith K$/1 D03@H fue la primera de su tipo en el&asamento '(rmico. En adición era una aplicación única debido a losrequerimientos de bombeo de fluidos prolíficos 5 En exceso de @>> &'B. uchasmetas fueron alcanzadas a trav(s de este proyecto. Los resultados clave de esteesfuerzo fueronA

• on excepción de los sistemas de ancla!e, el +-$ ha mostrado uncomportamiento como el que se espera 5 ambos mec%nico e hidr%ulico

• Los procedimientos de instalación fueron desarrollados, exitosamenteimplementados y refinados.

• uchos de los beneficios del comportamiento de +-$ pueden mostradospara ser v%lidos pero requerir% historias de campo m%s largas para ser probado.

• e!oras continuas est%n en camino para los sistemas de ancla!e del +-$.

A6$AEC%)%E&T'S

/ los autores les gustaría agradecer y gratificar a las siguientes compa"ías por suapoyo en este proyecto y su permiso para publicar el documento

• hevron+exaco• &P $ervices• oil +ubing /mericas•


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spe 74832trad - coiled tubing

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