Levantamiento Artificial por Gas (Dia 1) PDF

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LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Objetivos. Generalidades del levantamiento artificial por gas. Diseño básico de instalaciones de levantamiento artificial por gas. Análisis y diagnóstico de pozos de LAG. Demostración del software de diseño. OBJETIVO GENERAL: Diseñar una instalación de levantamiento ...

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LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS

Objetivos. Generalidades del levantamiento artificial por gas. Diseño básico de instalaciones de levantamiento artificial por gas. Análisis y diagnóstico de pozos de LAG. Demostración del software de diseño.

OBJETIVO GENERAL:

Diseñar una instalación de levantamiento artificial por gas (LAG), seleccionando el método de levantamiento adecuado y el tipo de válvula correspondiente, considerando las características del pozo y las facilidades de compresión existentes.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: • Estudiar las generalidades del proceso de LAG. • Describir el proceso de LAG, diferenciando los métodos de levantamiento utilizados y detallando la interrelación entre las fases y variables que intervienen en el proceso. • Diseñar una instalación de LAG determinando el espaciamiento entre mandriles y aplicando los principios de mecánica de válvulas para su selección y calibración. • Estudiar la metodología para el diagnóstico preliminar de sistemas de gas lift.

GENERALIDADES LAG

GENERALIDADES LAG

Sistema de producción. Análisis Nodal. Balance de Energía. Capacidad de Producción del Sistema. Flujo natural. Disminución de la capacidad de producción del sistema. Cese del flujo natural, levantamiento artificial. Levantamiento artificial por gas: definición del método, objetivos, métodos y mecanismos de levantamiento. Análisis integral de pozos produciendo por gas lift. Completación típica de un pozo de gas lift. Rango de aplicación del LAG. Comparación del LAG con otros métodos de producción. Sistema subsuelo-superficie de levantamiento artificial por gas.

GENERALIDADES LAG

Tipos de inyección de LAG continuo. Tipo de inyección de LAG intermitente. Instalaciones intermitentes no convencionales. Requerimientos a considerar para el LAG. Cálculos relacionados con el sistema de LAG. Funcionamiento normal del sistema de LAG. Algunos problemas en el sistema de LAG. Mejores prácticas LAG.

SISTEMA DE PRODUCCIÓN

PRESIÓN DE SALIDA: Pseparador (Psep) LINEA DE FLUJO

P O Z O

TRANSPORTE DE LOS FLUIDOS DESDE EL RADIO EXTERNO DE DRENAJE EN EL YACIMIENTO HASTA EL SEPARADOR DE PRODUCCIÓN EN LA ESTACIÓN

PRESIÓN DE ENTRADA: Pestática promedio (Pws) COMPLETACIÓN

YACIMIENTO

ANÁLISIS NODAL

PB cabezal

Línea de flujo Separador Tubería de producción

PA yacimiento

Posible nodo Cara de la arena

BALANCE DE ENERGÍA

Δp5 Δp5 Δp7 Δp7

Δp6 Δp6

ΔΔpT=Pres-Psep pT=Pres-Psep

Pwh Psep

Pdsc

Pdsv Pusv

Δp5 Δp5

Δp4 Δp4

Pdr Pur

Pwf

Pr

Pwfs

Δp2 Δp2

Δp1 Δp1

Δp8 Δp8

ΔΔp1= p1= Pr Pr--Pwfs Pwfs ΔΔp2= p2= Pwfs Pwfs--Pwf Pwf ΔΔp3= p3= Pur Pur--Pdr Pdr ΔΔp4=Pusv-Pdsv p4=Pusv-Pdsv ΔΔp5=Pwh-Pdsc p5=Pwh-Pdsc ΔΔp6=Pdsc-Psep p6=Pdsc-Psep ΔΔp7=Pwf-Pwh p7=Pwf-Pwh ΔΔp8=Pwf-Psep p8=Pwf-Psep

CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN DEL SISTEMA

BALANCE DE ENERGÍA EN EL FONDO DEL POZO -----> NODO

Pws

DEMANDA

Pwf Pwf OFERTA

CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN

q1

AOF

Qliq.

FLUJO NATURAL

ΔP2 150 lpc/1000 pies). DE ALTA A MEDIANA PRODUCTIVIDAD (ÍNDICE DE PRODUCTIVIDAD > 0,5 bpd/ lpc). DECLINACIÓN POR FLUJO NATURAL. TASA DE PRODUCCIÓN MAYORES A 100 bpd. REVESTIDORES DE 4,5” Y 5,5”, CON EDUCTOR DE 2” (LIMITA LAS TASAS A < 1000 BPD). REVESTIDORES DE 7”, CON EDUCTOR DE 3,5” (TASAS > A 5000 BPD). APORTE DE GAS DE FORMACIÓN ALTO.

MÉTODOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS

LAG INTERMITENTE: POZOS CON:

DE MEDIANA A BAJA PRODUCTIVIDAD (ÍNDICE DE PRODUCTIVIDAD > 0,3 bpd/ lpc). DE MEDIANA A BAJA PRESIÓN DE FONDO (PRESIONES < 150 lpc/1000 pies). BAJA TASA DE PRODUCCIÓN (< 100 bbl). MERMA EN LA PRODUCCIÓN DESPUÉS DE HABER INYECTADO LAG CONTINUO (BACHES DE PETRÓLEO). ALTA RGP. PROFUNDIDAD < 7000’.

MÉTODOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS

EFICIENCIA DEL LAG

Q gas BND

CONTINUO

INTERMITENTE

Se incrementa al aumentar la profundidad de inyección con la tasa de gas adecuada

Se incrementa al usar la frecuencia adecuada de ciclos de levantamiento que maximiza la producción diaria

EL LAG ES EL MÉTODO QUE SE DEBE CONSIDERAR EN ORDEN DE PRIORIDAD DESPUÉS DEL FLUJO NATURAL.

FLUJO NATURAL

LAG CONTINUO

LAG INTERMITENTE

MÉTODOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS

Factores que favorecen la eficiencia del LAGC Alta tasa de producción. Baja densidad del petróleo. Alta presión de fondo. Alta relación gas-fluido del yacimiento. Alta producción de arena. Diámetro pequeño de tubería ( consumo de gas) Factores que favorecen la eficiencia del LAGI Baja tasa de producción. Baja relación gas – fluido del yacimiento. Alta densidad del petróleo. Pozo sin producción de arena. Pozos moderadamente profundos con bajo nivel de fluido. Baja presión de fondo

MECANISMOS DE LEVANTAMIENTO LAG CONTINUO Efectos del gas en un pozo de LAGC

Reducción de la presión que ejerce el fluido en la tubería. Expansión del gas inyectado. Desplazamiento del fluido por alta presión del gas.

Efectos del gas en un pozo de LAGI Desplazamiento ascendente de tapones de líquido por la inyección de grandes caudales instantáneos de gas por debajo del tapón de líquido. Expansión del gas inyectado, que empuja el tapón de líquido hacia el cabezal del pozo y de allí a la estación.

MECANISMOS DE LEVANTAMIENTO LAG CONTINUO Pwh

Presión

Dov Δp Profundidad

pwf, qL

p

CICLO DE LEVANTAMIENTO EN LAG INTERMITENTE ™Ciclo: Proceso que tiene lugar desde que se forma el tapón de líquido hasta que se estabilizan las presiones en el sistema. La duración del ciclo es la duración del tiempo que pasa para que la válvula operadora abra sucesivamente dos veces. ™Ti: Tiempo de influjo: Tiempo en el que se llena el tapón. ™Tv: Tiempo de viaje: Tiempo que tarda en llegar el tapón desde el punto de inyección a la superficie. ™Te: Tiempo de estabilización: Tiempo que tardan en estabilizarse los sistemas de presión. ™Tc: Tiempo de ciclo: Tc = Ti + Tv + Te

CICLO DE LEVANTAMIENTO EN LAG INTERMITENTE

CERRADA

ABRE

ABRE

CIERRA

CIERRA

CERRADA

CICLO DE LEVANTAMIENTO EN LAG INTERMITENTE

CERRADA

ABRE

t i : TIEMPO DE INFLUJO

ABRE

CIERRA

CIERRA

CERRADA

t v : TIEMPO DE VIAJE

Tc (min) = TIEMPO DE CICLO = t i + t v + t e

t e : TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN N = 1440 / Tc

CICLO DE LEVANTAMIENTO EN LAG INTERMITENTE

Longitud óptima de columna Q

Tasa de Líquido

t

tiempo

CICLO DE LEVANTAMIENTO EN LAG INTERMITENTE

presión

Forma tradicional

Apertura Válvula LAG

ΔP CERRADA

(SPREAD) Tiempo de Ciclo (TT)

ABRE

Cierre Válvula LAG

tco

tiempo

CICLO DE LEVANTAMIENTO EN LAG INTERMITENTE

presión

Descripción del ciclo Apertura Válvula LAG

Cierre Controlador de Superficie

Cierre Válvula LAG Apertura Controlador de Superficie

tOFF

tON

Tiempo de Ciclo (TT)

tiempo

Factores que determinan la caída parcial del tapón de líquido en el LAGI ™El desarrollo de las burbujas de gas. ™La velocidad de ascenso del tapón de líquido. ™Las restricciones en el cabezal del pozo.

Para que el flujo intermitente sea eficiente se requiere que el gas: ™Entre rápidamente a la tubería. ™Forme burbujas que contribuyan a acelerar el tapón de líquido.

Problemas asociados al LAGI ™Resbalamiento severo de líquido en la tubería. ™El tapón pierde entre 5 y 7% /1000’ por cada ciclo.

Factores que afectan la tasa de producción del LAGI

Tamaño de la tubería. Profundidad de levantamiento. Presión de inyección del gas. Contrapresión en el cabezal del pozo. Características de las válvulas de levantamiento. Características de los fluidos. Spread de la válvula. Relación anular/eductor. Proceso de restauración de los fluidos.

SISTEMA DE LAG-ANÁLISIS INTEGRAL

GAS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL PLANTA DE COMPRESION

LINEAS DE DISTRIBUCIÓN

INYECCION DE GAS

POZO INYECTOR DE GAS

GAS PET + AG + GAS

POZO PRODUCTOR

ESTACION DE FLUJO

MERCADO INTERNO

GLP

EXPORTACION PLANTA GLP

YACIMIENTO

PET + AG

PATIO DE TANQUES

EXPORTACION

TERCERAS PARTES

TERMINALES DE EMBARQUES

REFINERIA

EXPORTACIONES - PETROLEO - PRODUCTOS

MERCADO INTERNO

SISTEMA DE LAG-ANÁLISIS INTEGRAL

PLANTA COMPRESORA

ALTA PRESIÓN DE GAS

POZOS

SEPARADOR TANQUE DE DE GAS ALMACENAMIENTO

GAS DE INYECCIÓN

CRUDO BOMBEO YACIMIENTO VENTAS

COMPLETACIÓN TÍPICA DE UN POZO DE GAS LIFT

CABEZAL SALIDA DE CRUDO CASING DE SUPERFICIE (9 5/8”-10 3/4”)

TUBERÍA DE PRODUCCIÓN (3 1/2”)

ENTRADA DE GAS

MANDRILES SUPERIORES

CASING (7”- 9 5/8”) EMPACADURA DE PRODUCCIÓN

MANDRILES INFERIORES LINER DE PRODUCCIÓN (3 1/2”-4 1/2”-7”)

COMPLETACIÓN TÍPICA DE UN POZO DE GAS LIFT

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS

Comparación con otros métodos de producción:

Injection Gas In

Produced Hydrocarbons Out

LAG: CONTINUO. INTERMITENTE.

CONTINUO: Bajo costo en equipos de subsuelo, pero altos costos en líneas de flujo y compresión de gas.

Side Pocket Mandrel with Gas Lift Valve

Side Pocket Mandrel with Gas Lift Valve

Eficiencia de levantamiento entre un 5 y 30%. Side Pocket Mandrel with Gas Lift Valve

Completion Fluid Single Production Packer

Es esencial un buen espaciamiento y diseño de válvulas. Costo operacional por pozo bajo. De uso en completaciones simples y dobles. Se pueden reemplazar las válvulas con guaya. Se usa comúnmente como sustituto del flujo natural.

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Comparación con otros métodos de producción: INTERMITENTE: Bajo costo en equipos de subsuelo, pero altos costos en líneas de flujo y compresión de gas. Eficiencia de levantamiento entre un 5 y 10%. Costo operacional por pozo bajo. Necesidad de medición y control continuo para mantener la inyección estable. Tapón de Fluido

Gas

Es esencial un buen espaciamiento y diseño de válvulas. Se usa comúnmente como sustituto del LAG continuo en pozos con baja tasa o como sustituto del balancín. Usualmente limitado por el deslizamiento para pozos > 10.000 pies.

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS LAG: RANGO DE APLICACIÓN ™

GRAVEDAD: 12 - 45.0 °API

™

VISCOSIDAD: > 5.0 CPS

™

MANEJO DE GAS: ILIMITADO

™

REVESTIDOR: > 4-1/2”

Typical Range

Maximum*

Operating Depth

5,000 -10,000’ TVD

15,000’ TVD

Operating Volume

100 - 10,000 BPD

30,000 BPD

100 - 250° F

400° F

0- 50°

70° Short to Medium Radius

Operating Temperature Wellbore Deviation

Corrosion Handling Gas Handling Solids Handling Fluid Gravity Servicing Prime Mover Type

Good to Excellent with Upgraded Materials Excellent Good Best in >15° API Wireline or Workover Rig Compressor

Offshore Application

Excellent

System Efficiency

10% - 30%

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Comparación con otros métodos de producción: BOMBEO MECÁNICO: CONVENCIONAL ROTAFLEX

Sucker Rod

Sucker Rod Pump Assembly

Tubing Anchor/ Catcher

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Comparación con otros métodos de producción: Typical Range

BOMBEO MECÁNICO: ROTAFLEX RANGO DE APLICACIÓN

Maximum*

Operating Depth

100 - 11,000’ TVD

16,000’ TVD

Operating Volume

5 - 1500 BPD

5000 BPD

Operating Temperature

100° - 350° F

550° F

0 - 20° Landed Pump

0 - 90° Landed Pump 8° API Workover or Pulling Rig Gas or Electric Limited 45%-60%

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Comparación con otros métodos de producción:

PLUNGER LIFT:

El Plunger LIft usa la presión del gas almacenada en el revestidor. El pozo debe estar cerrado por un tiempo suficientemente largo para que se acumule la presión que levantará tanto al plunger como al tapón de líquido hasta la superficie.

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Comparación con otros métodos de producción: PLUNGER LIFT: RANGO DE APLICACIÓN

Solar Panel Controller Motor Valve

Dual “T” Pad Plunger

Bumper Spring

Lubricator Catcher Orifice Control Valves

Typical Range

Maximum*

Operating Depth

8,000’ TVD

19,000’ TVD

Operating Volume

1-5 BPD

200 BPD

120° F

500° F

N/A

80°

Operating Temperature Wellbore Deviation Corrosion Handling

Excellent

Gas Handling

Excellent

Solids Handling

Poor to Fair

GLR Required

300 SCF/BBL/1000’ Depth

Servicing

Wellhead Catcher or Wireline

Prime Mover Type Offshore Application System Efficiency

Well’s Natural Energy N/A at this time N/A

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Comparación con otros métodos de producción:

BES

La Bomba Electro-Sumergible es una bomba construida de etapas de bombeo centrifugo. El motor eléctrico se conecta directamente al modulo de bombeo centrifugo en una BES. Esto quiere decir, que el eje del motor eléctrico se conecta directamente al eje de la bomba. De esta manera la bomba rota a la misma velocidad que el motor eléctrico.

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Comparación con otros métodos de producción:

BES

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Comparación con otros métodos de producción:

BES

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Comparación con otros métodos de producción: Typical Range Operating Depth

Maximum*

1,000’ - 10,000’ TVD

Operating Volume

BES

Motor Control

15,000’ TVD Vent Box

200 - 20,000 BPD

30,000 BPD

100° - 275° F

400° F

Operating Temperature Wellbore Deviation

Corrosion Handling

10°

Good Poor to Fair

Solids Handling

Poor to Fair

Servicing Prime Mover Type

Production Tubing

0 - 90° Pump Placement 10° API Workover or Pulling Rig Electric Motor

Offshore Application

Excellent

System Efficiency

35%-60%

Motor

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Comparación con otros métodos de producción:

BCP

La Bomba de Cavidad Progresiva es una bomba de desplazamiento positivo que usa un rotor helicoidal que gira excéntricamente dentro de un estator. El rotor es una barra de acero de alta resistencia generalmente cromada. El estator es un eslatómero resistente en un molde de doble configuración helicoidal dentro de una camisa de acero.

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Comparación con otros métodos de producción:

BCP

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Comparación con otros métodos de producción:

BCP Vertical Vertical Electric Wellhead Electric Wellhead Drive Drive

Casing Casing

Production Tubing Production Tubing Sucker Rod Sucker Rod Sucker Rod Coupling Sucker Rod Coupling Tubing Collar Tubing Collar Stator Stator Rotor Rotor

Tubing Collar Tubing Collar Tag Bar Sub Tag Bar Sub

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Comparación con otros métodos de producción: BCP: RANGO DE APLICACIÓN

Typical Range Operating Depth

Maximum*

2,000 --4,500’ TVD

Operating Volume Operating Temperature

6,000’ TVD

5 - 2,200 BPD

4,500 BPD

75 -150° F

250° F

N/A

0 - 90° Landed Pump 20º: usar mandriles especiales para pozos desviados KBMG/MMAG

MANDRIL DE BOLSILLO CONVENCIONAL

SISTEMAS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Equipo de subsuelo:

LACTH SIDE POCKET MANDREL

VALVULA

SISTEMAS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Combinaciones de mandriles de bolsillo y válvulas: 2 Configuraciones de mandriles

Tipo 1 (Mandril Estándar): Tiene los huecos perforados del lado del revestidor. El fondo del bolsillo comunica con la tubería de producción. Tipo 2: Tiene los huecos perforados del lado de la tubería. El fondo del bolsillo comunica con el exterior del espacio anular.

Tipo 1: Válvula convencional operada por presión de gas. Tipo 2: Válvula operada por la presión de los fluidos producidos. Tipo 3 y Tipo 4. 4 Configuraciones de válvulas

SISTEMAS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS

Combinaciones de mandriles de bolsillo y válvulas:

SISTEMAS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Recuperación de Válvulas:

1

2

3

4

SISTEMAS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS Instalación de Válvulas:

1

2

3

4

TIPOS DE INSTALACIÓN DE LAG POR GAS

PRODUCCIÓN PRODUCCIÓN

GAS DE INYECCIÓN

GAS DE INYECCIÓN VÁLVULAS DE L.A.G.

VÁLVULAS DE L.A.G.

ABIERTA

SEMI-CERRADA REGULADOR

IDEAL PARA LAG CONTINUO

PRODUCCIÓN

GAS DE INYECCIÓN VÁLVULAS DE L.A.G.

CERRADA

IDEAL PARA LAG INTERMITENTE

SISTEMAS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS

LAGC ANULAR COILED TUBING

CONTINUO TUBERÍA Extensión del flujo natural

Simple y constante inyección controlada de gas a alta presión para producir la columna de fluido.

TIPOS DE INYECCIÓN DE LAG CONTINUO

Annular gas injection

Tubing gas injection Gas in

Production Production

Gas in

Tubing

CSG Casing FLOW

Casing

Tubing

100-600 BPD

Gas entry

> 1500 BPD Liquid

Liquid

TUBING FLOW: Requiere más gas que el csg flow. Usa válvulas operadas por presión de fluido.

TBG FLOW

MÉTODOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS

LAGI

El gas se inyecta rápidamente en el interior del tubing para formar burbujas de gas dentro del tapón de líquido a intervalos de tiempo ...