G2
ANALISIS NODAL INTRODUCCION El análisis nodal es presentado para evaluar efectivamente un sistema completo de producción, considerando todos los componentes del sistema comenzando por la presión de reservorio Pr y terminando en el separador. El análisis del sistema, llamado a menudo análisis Nodal, ha sido aplicado por varios años para analizar el rendimiento del sistema, a partir de la interacción de cada uno de sus componentes. Circuitos eléctricos, complejas redes de ductos y sistemas de bombeo centrifugo son to dos analizados utilizando este método.
ELEMENTOS USADOS EN EL SISTEMA DEL ANALISIS NODAL UBICACIÓN DE LOS NODOS COMPONENTES Podemos determinar las posiciones de los nodos componentes más comunes, siendo estos modificados de acuerdo a necesidades y requerimientos del sistema de producción o políticas de producción adoptadas. UBICACIÓN DE LOS NODOS
OBJETIVO El objetivo principal del análisis nodal, es el de diagnosticar el comportamiento de un pozo, optimizando la producción, variando los distintos componentes manejables del sistema para un mejor rendimiento económico. “La optimización de la producción producción en pozos de gas y petróleo para un sistema sistema de producción” producción” llamado llamado también “Análisis Nodal”, tiene como objetivo
el mejorar las técnicas de terminación, producción y rendimiento para muchos pozos.
ANALISIS NODAL El análisis nodal se define como l a segmentación de un sistema de producción en puntos o nodos, donde se producen cambios de presión. Los nodos están definidos por diferentes ecuaciones o correlaciones. NODO DEFINICION DEL NODO Un nodo es el punto donde existe un c ambio en el régimen o dirección de flujo. Los cuales se pueden dividir en nodo común y nodo fijo. CLASIFICACION DE NODOS Nodo Fijo Son los puntos terminales e inicial del si stema de producción, donde no existe una caída de Presión. Nodo Común Este es el nombre que recibe una sección determinada de un sistema de producción donde se produce una caída de presión, las caídas de presión están expresadas por ecuaciones físicas o matemáticas que relacionan la presión y caudal. Todos los componentes aguas arriba del nodo, comprenden la sección de flujo de entrada (inflow), en cuanto a la sección de flujo de salida (outflow) agrupa todos los componentes aguas abajo. Una vez el nodo es seleccionado, se realiza u n balance de presiones que representan al nodo: Entrada (Inflow) al nodo:
Salida (Outflow) del nodo
Estas relaciones deben cumplir con los siguientes requisitos: El caudal que ingresa al nodo debe ser i gual al de salida. Solamente existe una presión en el nodo.
COMPONENTES QUE INTERVIENEN EN EL ANÁLISIS NODAL Separador En el proceso de separación de petróleo y gas en los campos, no existe un criterio único para establecer las condiciones más adecuadas de producción óptima de los equipos. El análisis nodal, está orientado a obtener ciertos objetivos puntuales que nos den condiciones de máxima eficiencia en el proceso de separación; obteniendo de esta manera: Alta eficiencia en el proceso de separación de gas – Petróleo. Mayor incremento en los volúmenes de producción.
Línea de Flujo Horizontal Este componente, es el que comunica la cabeza del pozo con el separador y donde el fluido presenta un comportamiento que obedece a las condiciones adoptadas para el sistema de producción de los pozos. El tratamiento del componente para flujo horizontal, puede ser analizado estudiando la incidencia, que puede tener este componente, sobre el conjunto del sistema en su i nterrelación con los demás nodos.
Elección del nodo solución La elección del nodo de solución para pozo s fluyentes, depende del componente que se desee evaluar y para plantear la solución técnica para su posterior ejecución. Las soluciones que nos ayuda a encontrar el Nodo Solución “Nodo Incógnita” son las siguientes: La evaluación del Nodo Solución “Nodo Incógnita” por medio de
Análisis Nodal del Sistema de Producción nos puede ayudar a resolver problemas en donde se incluyen “Caídas de Presión” a
través de: Estranguladores superficiales y de fondo Diámetros de aparejos de producción (vertical y horizontal) Válvulas de seguridad, etc.
Línea de Flujo Vertical Este componente es el que comunica el fondo del pozo con la superficie, donde el fluido presenta un comportamiento que obedece a las condiciones de presión y temperatura, que están de acuerdo a la profundidad. En este componente existe la mayor pérdida de energía del sistema, que va desde el 20 al 50 % de acuerdo a la relación gas / condensado y corte de agua.
Una vez determinada la caída de presión en el “Nodo Incógnita”
podemos calcular los siguientes parámetros: Diámetro óptimo de choque de fondo y de superficie y de fondo. Diámetro óptimo de tubería de producción Diámetro óptimo de la línea de descarga. Para que finalmente se pueda definir el caudal de producción óptimo de la manera más económica posible. Análisis detallado del sistema El Análisis Nodal es el procedimiento de análisis que requiere un sistema. Primero, la colocación de los nodos, que se pueden encontrar en diferentes partes del pozo. Segundo, la generación del grafico nodal, (presión en el nodo versus el caudal) como una herramienta visual para determinar los parámetros dominantes del pozo.
Choque Superficial Es el que controla la producción del poz o con el cual se puede aumentar o disminuir el caudal de producción, siendo que en este componente se produce una presión diferencial. Cabeza de Pozo Es un punto del sistema en el q ue se produce el cambio de dirección, de flujo vertical a flujo horizontal, y de donde se toma el dato de la presión de surgencia para conocer la energía de producción del pozo, siendo también un punto crític o que es tomado en cuenta para su análisis dentro del s istema.
Válvula de Seguridad Este componente, es un elemento que se instala en l a tubería vertical y que opera en cualquier anormalidad del flujo que puede ocurrir en el transcurso de la producción, siendo vital para la seguridad operativa del pozo. Choque de fondo De acuerdo a la necesidad de elevar la presión o controlar la energía en el flujo de la línea vertical, así como también, tener una presión de aporte y elevación controlada, se procede a la bajada de este tipo de restricción, por lo que se va producir una presión diferencial en la que se tendrá una caída de presión. Presión fluyente Esta es muy importante para el sistema, ya que de ella depende toda la capacidad de la instalación que se d esea conectar al reservorio a través del pozo y así producir todo el campo. Esta presión, es medida en el fondo del pozo y tomada en el punto medio del nivel productor. Presión promedio del reservorio Esta presión es evaluada respecto a un nivel r eferencia, y es la presión a la cual se encuentra sometidos los cálculos de los fluidos del reservorio, siendo esta presión de gran interés para conocer el Índice de Productividad del pozo y así nos permitirá conocer la capacidad de fluencia del reservorio hacia el pozo. Completación o Perforaciones en el Fondo Este nodo es muy importante en el sistema de producción debido a que comunica el reservorio con el pozo, y de él depende mucho el potencial de entrega de poz o, debido a la disminución del área por donde debe pasar el fluido, la cual puede ser expresada por correlaciones.
FUNDAMENTOS El análisis nodal de un sistema de producción, realizado en forma sistemática, permite determinar el comportamiento actual y futuro de un pozo productor de hidrocarburos, y consiste en dividir este sistema de producción en nodos de solución para calcular caídas de presión. 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.
En el análisis nodal se evalúa un sistema de producción dividiéndole en tres componentes básicos: Flujo a través de un medio poroso (Yacimiento), considerando el daño ocasionado por lodos de perforación, cemento. Flujo a través de la tubería vertical (Aparejo de producción), considerando cualquier posible restricción
como empacamientos, válvulas de seguridad, estranguladores de fondo. Flujo a través de la tubería horizontal (Línea de descarga), considerando el manejo de estranguladores en superficie. Posibles pérdidas de presión en el sistema completo
EC (1.5)
Componentes del reservorio y tubería vertical
̅ =
Perdidas de Presión en el
medio poroso
=
Perdidas de presión
en la terminación
=
Perdida de carga a traves de
las restricciones
=
Perdidas de Presión
a traves de las valvulas de seguridad
= Perdidas de presión a traves de los choques superficiales (Estrangulador) = Perdidas de Presión a traves de las lineas de flujo = Perdida de presión total en la tuberia de producción (Tubing) = Perdida de presión total en la linea de flujo.
OPTIMIZACIÓN DE LA TUBERÍA DE PRODUCCIÓN Uno de los componentes más importantes en un si stema de producción, es la sarta de producción. Debido a que cerca del 80 % de la pérdida total de presión en un pozo de petróleo (50% en pozos de gas) puede ocurrir por la movilización de los fluidos desde el fondo del pozo hasta la superficie. La selección del tamaño de la tubería de producción debe ser hecha en base a datos disponibles, ya sea de Pruebas de Formación o datos de reservorio
Análisis del sistema en cabeza de pozo Con la ubicación del nodo de solución en la cabeza del pozo ( nodo 5 ), la línea de flujo horizontal esta aislada facilitando el análisis de cambio de diámetro de la misma y de la caída de presión en la línea o conducto.
La presión del nodo para este caso está dada por: () ̅ ()
ANÁLISIS DEL SISTEMA EN EL SEPARADOR Con la ubicación del nodo en el separador se puede dividir el sistema en dos componentes, para optimizar la presión de s eparación, con los distintos diámetros de choques en el caso de que existan. El primer componente del sistema es el s eparador. El segundo componente del sistema muestra el reservorio, tubería y líneas de flujo SISTEMA DE PRODUCCIÓN El Sistema de producción y sus componentes Proceso de producción Recorrido de los fluidos en el sistema
El Sistema de producción y sus componentes El sistema de producción está formado por el yacimiento, la completación, el pozo y las líneas de flujo en la superficie. El yacimiento es una o varias unidades de fl ujo del subsuelo creadas e interconectadas por la naturaleza, mientras que la completación, el pozo y las facilidades de superficie es infraestructura construida por el hombre para la extracción, control, medición, tratamiento y transporte de los fluidos hidrocarburos extraídos de los yacimientos.
Proceso de producción El proceso de producción en un pozo de petróleo, comprende el recorrido de los fluidos desde el radio externo de drenaje en el yacimiento hasta el separador de producción en la estación de flujo. Sistema de Producción
EC (1,4)
Componentes del sistema
Perfil de Presiones Recorrido de los fluidos en el sistema Transporte en el yacimiento Transporte en las perforaciones Transporte en el pozo Transporte en la línea de flujo superficial
Transporte en el yacimiento El movimiento de los fluidos comienza en el yacimiento a una distancia re del pozo donde la presión es Pws , viaja a través del medio poroso hasta llegar al radio del hoyo, rw, donde la presión es Pwfs. En este módulo el fluido pierde energía en la medida que el medio sea de baja capacidad de flujo(Ko.h ), presente restricciones en la cercanías del hoyo(daño, S) y el fluido ofrezca resistencia al flujo
Transporte en las perforaciones Los fluidos aportados por el yacimiento atraviesan la completación que puede ser un revestidor de prod ucción cementado y perforado: Normalmente utilizado en formaciones consolidadas, o un empaque con grava. Normalmente utilizado en formaciones poco consolidadas para el control de arena
Transporte en el pozo Ya dentro del pozo los fluidos ascienden a tr avés de la tubería de producción venciendo la fuerza de grav edad y la fricción con las paredes internas de l a tubería. Llegan al cabezal del pozo con una presión Pwh.
Transporte en la línea de flujo superficial Al salir del pozo si existe un reductor de flujo en el cabezal ocurre una caída brusca de presión que dependerá fuertemente del diámetro del orificio del reductor, a la descarga del reductor la presión es la presión de la línea de flujo, Plf, luego atraviesa la línea de flujo superficial llegando al separador, donde se separa la mayor parte del gas del petróleo.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Con el análisis Nodal podemos llegar a optimizar la producción de un pozo, nuevo o productor. Estableciendo Nodos de interés. Un Sistema de Análisis Nodal, es un método flexible que puede ser utilizado para mejorar el de sempeño de muchos sistemas de pozos. Para aplicar un procedimiento de análisis de un sistema de un pozo, es necesario calcular la caída de presión que ocurrirá en todos los componentes del sistema, determinando así los caudales óptimos de producción en pozos ya productores.