trabajo de analisis nodal
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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”
Ampliación Maracaibo
Asignatura: Producción de Hidrocarburos
ANÁLISIS NODAL COMO METODO PARA OPTIMIZAR LA
PRODUCCIÓN DE LOS POZOS PRODUCTORES
INTEGRANTES
BERMUDEZ, EMMANUEL 20.864.775
CARDOZO, YASMILEIDY 23.837.329
DORANTE, LILIBEHT 18.526.784
GONZALEZ, MAURO 19.706.468
PEREZ, GISEL 21.511.852
SALAS, KARLET 19.506.111
Maracaibo, Febrero del 2015
ESQUEMA
Introducción
Contextualización
Análisis Nodal
Nodos
Ubicación de los nodos
Optimización del sistema de producción aplicando análisis nodal.
Aplicaciones de análisis Nodal
Objetivos de la análisis Nodal
Condiciones para la aplicación del análisis nodal
Procedimiento para aplicar análisis nodal.
Análisis de sensibilidades.
Uso del PIPESIM para análisis nodal
Importancia
Conclusión
INTRODUCCIÓN
Cabe señalar, que el rol principal de la Ingeniería de producción es
maximizar la productividad de los pozos petroleros de manera
económicamente rentable y eficiente. Por tal motivo, las empresas abocadas
a la extracción de fluidos desde el yacimiento cada vez más se preocupan
por realizar proyectos que estén orientados a la optimización de la
producción, utilizando para ello las técnicas o metodologías más apropiadas
que permitan alcanzar todos los objetivos planteados.
Ciertamente, una de las técnicas más empleadas para optimizar los
sistemas de producción es el Análisis Nodal, puesto que permite analizar con
exhaustividad y minuciosidad los problemas de producción presentes en los
pozos productores de petróleo y gas, así mismo predecir el comportamiento
del sistema de producción pozo-yacimiento previamente, durante y luego de
vida productiva del mismo.
Una vez establecidos cada uno de los parámetros del sistema de
producción, podría ser empleado el análisis nodal como método para
predecir el comportamiento futuro de la producción del pozo y para
determinar la capacidad de aporte del yacimiento, de forma que en función a
ello puedan presentarse una serie de alternativas o posibles esquemas de
producción, que permitan llevar a cabo un estudio arduo con el fin de
alcanzar la mayor tasa de retorno de hidrocarburos bajo el mayor
rendimiento, por supuesto tomando en cuenta la rentabilidad de cada una de
estas opciones que surgen del estudio.
Contextualización del Problema
A nivel mundial las compañías productoras de petróleo y gas realizan
continuamente grandes esfuerzos para optimizar sus sistemas de
producción. Estos esfuerzos están dirigidos, a mediano y largo plazo y con el
objetivo de maximizar el factor de recobro de los yacimientos. Cabe destacar,
que a corto plazo se debe acelerar el recobro de las reservas recuperables, a
fin de cubrir la demanda energética mundial lo cual constituye el núcleo o
epicentro del negocio de la producción petrolera.
Adicionalmente, una de las técnicas más empleadas para optimizar los
sistemas de producción de crudo y gas; dado a su comprobada efectividad y
confiabilidad a nivel mundial, es el análisis nodal del sistema de producción,
el cual permite evaluar la infraestructura tanto de superficie como de
subsuelo, para reflejar el verdadero potencial de producción de los pozos
asociados a los yacimientos del sistema total de producción.
En Venezuela, la aplicación de esta metodología ha tenido resultados muy
favorables, es decir, ha sido una herramienta útil para realizar la mejor
selección del sistema de producción de los pozos nuevos próximos a la
producción, así como también, ha influido en la modificación del sistema de
producción de aquellos pozos que han estado en producción, pero que no
cumplieron con las tasas esperadas con respecto al potencial, debido a un
cambio de las condiciones iniciales de los mismo.
Resulta claro, que para aplicar el análisis nodal a los pozos productores de
petróleo y gas, se consideran al menos tres nodos de manera que esta
metodología muestre una secuencia adecuada de los pasos a seguir para
realizar de manera exitosa la determinación de las condiciones más óptimas
de operar el pozo, tomando como nodo solución al yacimiento, el fondo del
pozo y cabezal del pozo.
En base a lo señalado anteriormente, se propuso llevar a cabo la presente
investigación, la cual está orientada a describir el análisis nodal como
método para la optimización de pozos productores de petróleo y gas,
considerando de igual manera los aspectos más resaltantes e influyentes en
la aplicación de esta metodología tan importante en la rama de la ingeniería
de producción.
Análisis nodal
El análisis nodal es una metodología empleada por el ingeniero de
producción, para predecir o inferir el método de producción a emplear en
pozos de estudio o desarrollo, así como también es una herramienta útil e
imprescindible en los pozos productores, cuando estos presentan problemas
operacionales que influyen en la producción del mismo, es decir, existe una
disminución de la tasa de producción compromiso del pozo explotado, sin
embargo, una vez puesto en producción el pozo, el ingeniero está en
capacidad de evitar tal circunstancia empleando metodologías como el
análisis nodal, bien sea de manera manuscrita o usando software para ello.
Básicamente es una técnica que permite tanto determinar cómo
describir el comportamiento actual y futuro de un pozo productor de
hidrocarburos. El análisis nodal consiste en dividir el sistema de producción
en nodos de solución para calcular las caídas de presión, así como también
el agotamiento de los fluidos producidos, y de esta manera, poder determinar
las curvas de comportamiento de afluencia y el potencial de producción de
un yacimiento.
Como resultado de este análisis se obtiene generalmente un
incremento en la producción y el mejoramiento de la eficiencia de flujo
cuando se trata de un pozo productor, pero cuando se trata de un pozo
nuevo, permite definir el diámetro óptimo de las tuberías de producción, del
estrangulador, y línea de descarga por el cual debe fluir dicho pozo, así como
predecir su comportamiento de flujo (aporte de hidrocarburos) y presión para
diferentes condiciones de operación.
Nodo
Es un punto de división en el sistema que permite aislar los
componentes en estudio del sistema de producción. Un nodo es clasificado
como funcional cuando existe una presión diferencial a través de él y la
respuesta de presión, o tasa de flujo puede ser representada mediante una
función matemática o física. Para optimizar efectivamente el sistema, cada
componente debe ser evaluado separadamente y luego como un grupo para
evaluar el sistema de producción completo del pozo.
El efecto de cambio en uno de los componentes o en el sistema
completo es muy importante y puede ser mostrado gráficamente con el
análisis de pozos. Varias posiciones son seleccionadas para nodos solución
y las pérdidas de presión convergen sobre ese punto en varias direcciones y
va a depender de la necesidad que se tenga de conocer su efecto sobre el
sistema completo.
Ubicación de los Nodos
Mediante el uso del análisis nodal tanto para pozos en desarrollo,
como en pozos productores de hidrocarburos (petróleo y gas), pueden
dividirse en distintos puntos de partidas, cada uno aislado en primera
instancia de los otros, sin embargo, generalmente se establecen tres nodos
principales en el sistema yacimiento-pozo, con el objetivo de describir el
comportamiento en cada uno de ellos. Comúnmente suelen establecerse
como mínimo tres nodos, situados en puntos estratégicos para obtener un
amplio panorama de la producción del pozo, así tomar decisiones apropiadas
concernientes a la extracción de hidrocarburos. A continuación se explican
los principales nodos a ubicar en el sistema yacimiento-pozo:
Ubicación del nodo en fondo del pozo
Permite obtener la tasa del sistema y la presión de fondo fluyente del
pozo para ciertas condiciones establecidas. Esto ocurre a una profundidad
correspondiente al centro del intervalo perforado. Generalmente, este es el
punto nodal más usado.
Ubicación del nodo en el tope del pozo
En este punto se visualiza los efectos de un cambio en las
instalaciones de superficie.
Ubicación del nodo en el separador
Facilita la observación de los cambios en la producción del pozo por
efecto de una variación en la presión de separación. Cuando se realiza un
análisis nodal se debe tener en cuenta que solo existirá para el nodo una
presión y una tasa de flujo, donde el flujo encontrado es igual al flujo saliendo
del nodo (balance de masas).
Optimización Aplicando Análisis Nodal
Consiste en realizar varios análisis de sensibilidad de la variables más
importantes y cuantificar su impacto sobre la producción. Las variables que
mayor impacto tienen sobre la producción son los cuellos de botella del
sistema. Las oportunidades de mejorar se deben buscar tanto en variables
de oferta y en variables de demanda. Finalmente se selecciona la mejor
opción técnico económico.
Objetivos del análisis nodal
Predecir el comportamiento del flujo con las condiciones actuales
Predecir el comportamiento del flujo al variar los parámetros en algún
nodo del sistema
Tomar decisiones para optimizar las condiciones de flujo, en base a
parámetros de volumen de producción, gastos críticos y parámetros
económicos.
Aplicaciones del Análisis Nodal
Seleccionar el diámetro óptimo de la línea o tubería de descarga.
Seleccionar el diámetro optimo de la tubería de producción
Diseñar empacamiento de grava para los pozos que lo requieran
Dimensionar estrangulador superficial
Dimensionar válvulas subsuperficial
Analizar la existencia de restricciones al flujo en el sistema integral de
producción
Diseñar un sistema de producción artificial. Otros.
Condiciones para aplicar el Análisis Nodal
Siempre debe conocerse o suponerse la presión en el inicio y al final
del sistema
En el nodo de solución, las condiciones de presión y/o gasto debe ser
idénticos para cada subsistema analizado.
Los nodos de solución pueden ser los extremos de todo el sistema o
bien, los puntos de unión
Procedimiento para aplicar Análisis Nodal (Lili)
El procedimiento del análisis nodal ha sido reconocido en la industria
petrolera como un medio adecuado para el diseño y evaluación, tanto en
pozos fluyentes como en pozos que cuentan con un sistema artificial de
producción, debido a las necesidades mayor de energéticos, y a los
incentivos derivados del precio de los hidrocarburos. En el análisis nodal se
evalúa un sistema de producción dividiéndole en tres componentes básicos:
1. Flujo a través de un medio poroso (Yacimiento), considerando el daño
ocasionado por lodos de perforación, cementos, otros.
2. Flujo a través de la tubería vertical (Aparejo de producción),
considerando cualquier posible restricción como empacamientos,
válvulas de seguridad, estranguladores de fondo otros.
3. El flujo a través de la tubería horizontal (línea de descarga),
considerando el manejo de estranguladores en superficie.
Para la predicción del comportamiento de cada uno de los
componentes, se obtiene la caída de presión en cada uno de ellos. Para
la obtención de la caída de presión, se deben asignar nodos en los
puntos importantes dentro del sistema de producción, por lo tanto, se
varían los gastos de producción y empleando un método de cálculo y
correlación adecuada, se calcula la caída de presión entre dos nodos.
Después de seleccionar un nodo de solución, las caídas de presión
son sumadas o restadas al punto de presión inicial o nodo de partida, el cual
generalmente es la presión estática del yacimiento, hasta alcanzar la
convergencia en las iteraciones de cálculo para obtener el valor del nodo
solución. Para utilizar el concepto nodal, al menos se deberá conocer la
presión en el punto de partida.
En un sistema de producción se conocen siempre dos presiones, las
cuales se consideran constantes para fines de cálculos, siendo estas la
presión estática del yacimiento (Pws) y la presión de separación en la
superficie (Psep). Por lo tanto, los cálculos pueden iniciar con cualquiera de
ellas, para después determinar la presión en los nodos de solución
intermedio entre estas posiciones de partida.
Los resultados del análisis del sistema no solamente permitirán la
definición de la capacidad de producción de un pozo para una determinada
serie de condiciones, sino que también muestran los cambios en cualquiera
de los parámetros que afectan su comportamiento. Por lo tanto, el resultado
es la identificación de los parámetros que controlan el flujo en el sistema de
producción.
Las curvas de comportamiento de afluencia obtenidas, son función de
los siguientes puntos clave del sistema:
a) Características del yacimiento.
b) Características de la tubería de producción y línea de descarga.
c) Presión en el nodo inicial y final del sistema.
d) Porcentaje de agua producido
e) Relación gas-líquido
f) Longitud de las tuberías.
g) Temperatura
h) Características de los fluidos a manejar
i) Topografía del terreno en el caso de la línea de descarga.
j) Grado de desviación del pozo.
La selección del nodo o nodos iniciales depende grandemente del
componente del sistema que se desea evaluar, pero su posición deberá ser
tal que muestre, de la mejor manera posible, la respuesta del sistema a una
serie de condiciones, para que como resultado final se tenga una evaluación
total del problema, dando así una solución confiable. Un punto importante es
que, además de las razones técnicas, se tendrá que aportar también una
justificación económica, validando con ello de manera completa la solución
encontrada.
Análisis de Sensibilidades
En algún momento de la vida productiva del pozo, hay siempre dos
presiones que permanecen fijas y no son función del caudal. Una de esas
presiones es la presión promedio del reservorio y otra es la presión de salida
del sistema.
La presión de salida es generalmente la presión del separador pero
si la presión del pozo es controlada con un orificio en la superficie, la presión
fija a la salida del sistema será Pwh. Una vez que el nodo es seleccionado la
presión del nodo es calculada en ambas direcciones comenzando desde las
fijas.
La caída de presión, en cualquier componente varia con el caudal. Por
lo tanto un grafico de la presión del nodo vs el caudal producirá dos curvas,
la cuales se interceptan satisfaciendo las dos condiciones 1 y 2 antes
mencionadas. Este procedimiento es ilustrado en el siguiente grafico:
En otro orden de ideas, el análisis de sensibilidades permite identificar
la tasa de producción existente en base a la presión del nodo (diferencial de
presion en un componente) en ambas direcciones, tanto en entrada como en
la salida del mismo, lo cual se puede observar mediante una representación
gráfica (presión del nodo vs caudal), sabiendo que el nodo es un punto de
división de un componente del sistema de producción.
A medida, que se cambia algún componente del sistema de
producción, de igual manera existirá un cambio en la intersección de las
curvas, ocasionando una nueva tasa de producción y una presión en el nodo.
Sin embargo, las curvas se pueden desplazar si existen cambios en los
puntos de condiciones fijas (presión del yacimiento y un cambio en las
presiones del separador o instalaciones receptoras en superficie).
Una de las variaciones más notables en las curvas, es cuando se
cambia el diámetro del tubing o tuberías de producción, lo cual conlleva de
igual manera la modificación del caudal o tasa de producción. Por ejemplo,
mientras mayor sea el diámetro del tubing, también será mayor el caudal de
producción. La idea principal del análisis de sensibilidades es evaluar y
seleccionar la tasa de producción más apropiada como resultado del cambio
en los componentes del sistema de producción, es decir, alcanzar la tasa
maxima de producción al menor costo posible.
Uso del PIPESIM para análisis Nodal
PIPESIM fue desarrollado originalmente por la empresa de Baker
Jardine. Baker, Jardine se formó en 1985 para proporcionar software y
servicios de consultoría para la industria de petróleo y gas. En abril de 2001,
Baker Jardine fue adquirida por Schlumberger.
El software PIPESIM constituye una forma minuciosa, rápida y
eficiente de ayudar a incrementar la producción y conocer el potencial de un
yacimiento. PIPESIM no sólo modela el flujo multifásico desde el yacimiento
hasta el cabezal del pozo, sino que además tiene en cuenta el desempeño
de la línea de flujo y de las instalaciones de superficie para proveer un
análisis integral del sistema de producción.
Las aplicaciones típicas del modelo incluyen:
• El diseño del pozo.
• Optimización de la producción diaria por cada pozo.
• Modelado de pozo horizontal (incluyendo la determinación óptima de
longitud horizontal de terminación).
• Diseño de Pozos inyectores.
Los datos requeridos para correr el simulador de análisis nodal son:
Datos del yacimiento
Daño de la formación
Presión Promedio del yacimiento
Presión de fondo fluyente
Temperatura
Permeabilidad
Espesor de la arena productora
Porosidad
Radio de drenaje
Compresibilidad de la formación
Datos del Pozo
Estado mecánico del pozo
Intervalo productor disparado
Temperatura de superficie
Datos de producción:
Producción de petróleo
Producción de agua
Relación Gas/Petróleo
Historial de producción
Presión de superficie
Datos del sistema de levantamiento artificial
Datos de los fluidos producidos
Gravedad especifica de los fluidos producidos
Relación de solubilidad Rsi
Presión de burbuja
IMPORTANCIA (Emmanuel)
Como ha sido reiterativo en la presente investigación, el análisis nodal
es una herramienta o metodología de gran utilidad para el ingeniero de
producción, ya que permite básicamente realizar estudios exhaustivos tanto
en pozos productores de petróleo como en pozos productores de gas; antes,
durante y luego de la vida productiva del pozo. Desde esta perspectiva
puede empezar a observarse y detallarse la esencia y por tanto la principal
importancia en cuanto a la utilidad del análisis nodal se refiere.
Sin embargo existen otros puntos de vistas o criterios de diferentes
autores en lo concerniente a la importancia en la corrida del análisis nodal,
en la cual no está demás apuntar, puede efectuarse de manera manuscrita o
bien, empleando software de simulación. Algunos de los mencionados
criterios son los siguientes:
Pabón (2007). El análisis nodal es de gran importancia para el recobro
de fluidos provenientes del yacimiento debido a que por medio de la
utilización de esta herramienta el ingeniero de petróleo y en especial de
producción estará en plena capacidad de reducir hasta el punto mínimo las
perdidas por fricción, así como también reducir las pérdidas en tuberías
horizontales y verticales, considerando lo expuesto por Kermit Brown. Una
vez que el ingeniero de producción defina el comportamiento de producción
en función a lo mencionado, podrá también estar en capacidad de
implementar y desarrollar la forma más óptima de producir dicho pozo, con el
objetivo principal de alcanzar la mayor tasa de retorno, bajo un esquema de
rendimiento aceptable a largo plazo.
Maggiolo (2008). En función a la utilidad de la técnica análisis de nodal
del sistema de producción de pozos de hidrocarburos, la principal
importancia radica en la idea o perspectiva de poder o lograr optimizar la
producción de dichos pozos, es decir, se fundamenta en la realización de un
estudio previo al inicio del periodo productivo del pozo, considerando con ello
la demanda del mercado. En otras palabras este autor expresa que la
importancia radica en la posibilidad de obtener la mayor productividad bajo el
mayor rendimiento posible, por supuesto empleando la menor cantidad de
recursos disponibles.
Mercado (2010). La importancia del análisis nodal está directamente
vinculada a la definición del comportamiento de las curvas de demanda y
oferta, una vez establecidos los principales nodos de estudio del sistema de
producción yacimiento-pozo. En función a estos parámetros considerados
Mercado establece la selección del mejor diseño de completacion para la
producción del pozo, así como también la configuración mecánica del mismo.
En pocas palabras determinar cómo será el comportamiento de la
producción del pozo al implementar a manera de ensayo y error diferentes
configuraciones mecánicas para el sistema de producción, es decir,
diferentes diámetros de tuberías, diámetros de estranguladores de flujo,
aporte de fluidos del yacimiento, RGL del yacimiento, corte de agua, presión
estática de formación o del reservorio y otras variables que inciden en la
construcción y comportamiento de dichas curvas.
En base a lo citado, la presente investigación aportara como importancia
en lo referente al análisis nodal, el poder predecir el comportamiento y la
capacidad de producción de pozos de petróleo y gas a determinadas
condiciones; en este caso las condiciones iniciales cuando el pozo es capaz
de producir por la energía natural aportada por el yacimiento; por otra parte
también realizar estudios de grandes magnitudes y escalas cuando dichas
condiciones iniciales tienden a ser variantes debido a una u otra
circunstancia relacionada con el pozo o el yacimiento.
Así mismo se concluye acotando que el análisis nodal como
herramienta o metodología es de importancia para analizar cada una de las
sensibilidades que puede presentar el sistema de producción, considerando
el comportamiento variante de las curvas de oferta y demanda, en base a lo
cual esta metodología de estudio permitirá establecer y obtener el mayor
recobro de hidrocarburos posible o bien lograr producir la tasa estimada.
CONCLUSIÓN
En base al estudio precedente, resulta claro decir que el uso del
análisis nodal es de gran utilidad en la ingeniería de producción, debido al
poco margen de error que este pueda presentar, puesto que esta
fundamentalmente basado en estudios totalmente minuciosos que permiten
de una u otra forma tomar las decisiones más adecuadas para la
optimización del sistema de producción pozo-yacimiento.
En la actualidad la industria petrolera se ve en la necesidad de
programar proyectos rentables de producción a largo plazo, que generen
grandes dividendos económicos, para ello emplea cada una de las variables
involucradas en la data del sistema de producción, que a su vez permitan
llevar a cabo el análisis nodal mediante algoritmos y ecuaciones matemáticas
sistematizadas en software de simulación, que reducen aún más el margen
de error y proporcionan un aumento representativo de las opciones de
producción.
Es menester hacer referencia o acotar que las empresas petroleras
actuales generan gran demanda de ingenieros totalmente involucrados con
el desarrollo del análisis nodal como técnica o herramienta, sabiendo que la
ingeniería de producción es la principal área de la industria que proporciona
el sustento y desarrollo económico de la nación.
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
Maggiolo, R. (2007). Optimización de la producción mediante análisis nodal.
Lima, Perú.
Pabon, L. (2007). Integración de la ingeniería de yacimientos y producción en
la completacion avanzada de pozos. Trabajo de Grado para optar al título de
Magister Scientiarum en Ingeniería de Petróleo, Universidad del Zulia
https://www.google.co.ve/url?
sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CBoQFjA
A&url=http%3A%2F%2Ftesis.luz.edu.ve%2Ftde_arquivos%2F99%2FTDE-
2011-07-22T14%3A22%3A32Z-1517%2FPublico
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