INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS TECNOLOGÍAS DE LA PERFORACIÓN Y TERMINACIÓN NO CONVENCIONAL
UNIDAD II DISEÑO DE APAREJOS DE PRODUCCION, FUERZAS APLICADAS Y SUS EFECTOS EN LA L A T.P T.P.. 2.1 APAREJO DE PRODUCCIÓN
2.1 APAREJOS APAREJOS DE PRODUCCIÓN
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El aparejo e pro!""#$% e& el 'e#o por el "!al &e (ra%&por(a% lo& )#ro"ar*!ro& e&e el +a"#'#e%(o )a&(a la &!per"#e.
2.1 APAREJOS APAREJOS DE PRODUCCIÓN
∗
El aparejo e pro!""#$% e& el 'e#o por el "!al &e (ra%&por(a% lo& )#ro"ar*!ro& e&e el +a"#'#e%(o )a&(a la &!per"#e.
El #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% e*e &er (al !e per'#(a (ra%&por(ar lo& /a&(o& e pro!""#$% e&perao&. El #-'e(ro el aparejo e& e(er'#%ao 'e#a%(e !% a%-l#&#& %oal, el "!al e&(!#a &#'!l(-%ea'e%(e el "o'por(a'#e%(o e 0!jo e% el poo o!(0o34 + el IPR #%0o3 per5or'a%"e rela(#o%4. rela(#o%4. El p!%(o e #%(er&e""#$% e e&(a& "!r6a& e& el p!%(o e &ol!"#$% o p!%(o e 0!jo %a(!ral, + e(er'#%a el /a&(o e pro!""#$% + la pre&#$% e 5o%o 0!+e%o.
I%6ar#a*le'e%(e e% lo& "a'po& pe(rolero&, la (er'#%a"#$% e !% poo e& la pr#'era #%(er6e%"#$% por e5e"(!ar "o% lo& e!#po& e repara"#$%7 la e8plo(a"#$% e )#ro"ar*!ro& e% !%a (er'#%a"#$% la e(er'#%a% e(er' #%a% el 0!#o + la pre& pre&#$% #$% el +a"#'#e%(o, e8#&(#e%o #5ere%(e& #5ere %(e& '9(oo& e e8plo(a"#$% #%&(ala"#$%4. Por la& #5ere%(e& "ara"(er:&(#"a& + pro5!%#ae& e lo& +a"#'#e%(o&, e8#&(e% #5ere%(e& #5ere%(e& (#po& e #%&(ala"#o%e& (ale& "o'o; ∗ ∗ ∗
Instalación abierta. Instalación semicerrada. Instalación cerrada.
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Instalación abierta: Se !&a &ola'e%(e (!*er:a e pro!""#
%$e%(ro e la (!*er:a e re6e&(#'#e%(o, e'ple-%o&e e% poo& e al(a pro!""#$% + e8plo(-%o&e por el e&pa"#o a%!lar o por la (!*er:a e pro!""#$% #%#&(#%(a'e%(e. Instalación semicerrada. Se !(#l#a (!*er:a e pro!""#$% + !% e'pa"aor para a#&lar el e&pa"#o a%!lar. Instalación cerrada. E&(e #&e
Fl!+e%(e
>o'*eo Ne!'-(#"o
>o'*eo ?e"-%#"o
FLUYENTE SIN EMPACADO Prop#a'e%(e e& la (!*er:a e pro!""#$% "ol/aa + &#(!aa a e(er'#%aa pro5!%#a &o*re el #%(er6alo pro!"(or. Lo& 0!#o& !e apor(e p!ee% e8plo(ar&e por e%(ro + 5!era e la TP, a!%!e %o e& re"o'e%a*le !e pro!"a por el e&pa"#o a%!lar, +a !e el #%(er#or e la TR &e e8po%e a a
∗
Fl!"ente d#ble. E&(- 5or'ao por o& e'pa"aore&; !%o per'a%e%(e #%5er#or + o(ro re"!pera*le e o*le (er'#%a"#$% &!per#or7 !%a j!%(a e &e/!r#a7 o& 6-l6!la& e "#r"!la"#$% + o& (!*er:a& e pro!""#$%. Se e%o'#%a &ar(a lar/a S.L.4 a la &e""#$% por o%e apor(a 0!#o& el #%(er6alo #%5er#or + &ar(a "or(a S.C.4 por o%e 0!#r- el a"e#(e + /a& el #%(er6alo &!per#or. La& (!*er:a& p!ee% &ele""#o%ar&e e #/!al o #5ere%(e& #-'e(ro&.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#
%$∗
Se realiza mediante un análisis nodal, que estudia simultáneamente el comportamiento de flujo del yacimiento al pozo y el IPR. El análisis nodal, relaciona las diferentes pérdidas de presión en el sistema, Y en particular para este caso en el pozo, con la finalidad de optimizar la producción, para su análisis se selecciona el susistema del pozo con el flujo del yacimiento, en donde se encuentra la unión de estos susistemas en el punto denominado nodo funcional.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% ∗ ∗
El procedimiento consiste en seleccionar un numero de puntos o nodos en el pozo y di!idir el sistema, la localización de los nodos "eneralmente mas usada se representa#
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% ∗
$as ca%das de presión en el aparejo de producción es resultado de los si"uientes efectos#
A) Elevación: Siendo el componente más importante, representa el 90% de la caída de presión total y es una función de la densidad de la mezcla (agua, aceite y gas). B) Fricción: Depende del tamao y rugosidad de la tu!ería y es, principalmente, una función de la "iscosidad del fluido. C) Aceleración: #s el menos importante, en tu!erías "erticales, y es función del cam!io de "elocidad en la tu!ería.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#
%$ De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% ∗
Se muestra un análisis de sensiilidad, con el que se determina el diámetro óptimo del aparejo de producción, oser!ando que con un diámetro de &'() p", se otiene el má*imo "asto. $as cur!as tienen tres caracter%sticas importantes#
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$%
$a sección de pendiente ne"ati!a a "astos ajos es una indicación de flujo inestale en la tuer%a.
El punto de infle*ión de la cur!a indica el "asto cr%tico por deajo del cual el "as se separa del l%quido y el pozo se car"ará, cualquier "asto por aajo del "asto cr%tico matar%a el pozo.
$a sección de pendiente positi!a de la cur!a, muestra los "astos y presiones en los que la !elocidad es lo suficientemente alta para lle!ar los fluidos a superficie.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% ∗
El diámetro del aparejo dee ser tal que permita transportar los fluidos producidos con los "astos esperados, ya que si es muy peque+o restrin"irá la producción y si es muy "rande se tendr%an flujos inestales e intermitentes. demás se incrementará el costo del pozo total, pues la "eometr%a de las tuer%as de re!estimiento dependen directamente del tama+o del aparejo de producción.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% pre&#$% e +a"#'#e%(o ∗
Es la presión con la cual aporta la formación productora los -idrocaruros a tra!és del sistema de producción, y es necesario conocer para identificar el tipo de aparejo de producción a utilizar.
∗
Este parámetro puede otenerse de las cur!as de análisis de !ariación de presión#
∗ ∗ ∗
· Índice de Producción. · Diámetro de la tubería de producción. · Presión de trabajo
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% pre&#o%e& ∗
Presión de fondo fluyendo: se define como la presión
∗
que se encuentra en el fondo del pozo cuando se encuentra produciendo P/f0.
∗
Presión de fondo estática# se define como la presión
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que se encuentra en el fondo del pozo cuando se encuentra sin producción P/s0.
∗
Presión de saturación# es la presión a la cual se forma
∗
la primera uruja de "as, al pasar de la fase l%quida a la re"ión de dos fases P0.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% Ipr
∗
Ya que la selección del diámetro de la tuer%a depende del comportamiento del pozo es necesario predecir la respuesta del yacimiento a los camios de presión en el mismo. $a respuesta del pozo a los camios de presión se denomina comportamiento de afluencia.
∗
El comportamiento de afluencia para un yacimiento es descrito en la ley de 1arcy.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% le+ e ar"+ ∗
2enry 1arcy, in!esti"ando el fenómeno de flujo de a"ua a tra!és de filtros de arena, estaleció la relación e*istente entre el "asto y la presión por medio de la ley de 1arcy. 1ic-a ley estalece, que la creación de una diferencial de presión 1P, a lo lar"o de un empaque de arena de lon"itud $, resulta en un "asto constante dado por#
∗
3on la e*presión anterior, 1arcy modela el fenómeno de flujo a ni!el microscópico en el yacimiento, en términos de cantidades microscópicas determinadas en laoratorio, sentado as% las ases para los cálculos de la in"enier%a de yacimientos.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% Ip O J ∗
∗
El termino com4nmente más usado para definir el comportamiento de afluencia de un pozo o %ndice de producti!idad. El PI puede medirse desde una pruea de pozo o estimarse de las caracter%sticas de los fluidos de la roca.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% a%-l#&#& %oal.
∗
∗
El análisis nodal se define como una -erramienta de sistema de apro*imación a la optimización del pozo y se emplea para e!aluar un sistema completo de producción, analizando todos los elementos del sistema en conjunto nálisis del comportamiento de la presión en el sistema0.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% ∗
$os ojeti!os del análisis nodal son#
'. 1eterminar el "asto al que producirá un pozo, considerando la "eometr%a del pozo y las limitaciones de la terminación. ). 1eterminar las condiciones de flujo a las que un pozo se a"otará. &. 1eterminar el momento apropiado para la instalación de un sistema artificial de producción y asistir en la selección optima del sistema.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% ∗
$os ojeti!os del análisis nodal son#
5. 6ptimizar el sistema para producir el "asto ojeti!o económicamente. 7. 8erifica cada componente del sistema para determinar si esta restrin"iendo innecesariamente la producción. 9. Permitir a los in"enieros el rápido reconocimiento de la forma de incrementar el "asto de producción.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#
%$∗
$a razón fundamental de someter un sistema de producción a la técnica de análisis nodal es simplemente porque ésta in!olucra en sus cálculos a todos los elementos del sistema, permite determinar el efecto de su !ariación en la capacidad de transporte, y tener una ima"en de conjunto del comportamiento del pozo.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#
%$∗
1esde la perspecti!a de e!aluación esto es posile: sin emar"o, en condiciones de dise+o, sin restricciones económicas, es factile dimensionar el sistema de producción en su conjunto para otener la capacidad de transporte requerida, o ien, la capacidad de transporte idónea, teniendo como limitante tan solo la capacidad de afluencia del yacimiento del pozo.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#
%$∗
El análisis nodal se puede aplicar a pozos fluyentes, inyectores o productores mediante un equipo artificial de producción.
∗
$a determinación del diámetro o diámetros nominales, por donde fluirá la producción de un pozo se realiza mediante el uso de la técnica de análisis nodal. Sin importar la condición de flujo natural o artificial0, el análisis nodal permite otener las mejores condiciones de flujo tanto en producción como en a-orro de ener"%a. s% se alar"a la !ida producti!a de un pozo.
S:%(e&#& el a%-l#&#& %oal. ∗
; ; ; ; ; ;
∗
$a aplicación de la técnica nodal a un sistema de producción, permite identificar los elementos que limitan la capacidad de flujo del sistema: es decir, que el análisis nodal se emplea para dia"nosticar la !ariación del "asto de producción al realizar al"una de las modificaciones si"uientes# Presión de separación. Eliminar o sustituir !ál!ulas o cone*iones inapropiadas. 3olocar separadores a oca del pozo. 3amiar diámetro de la <.P. 3amiar diámetro de la $.1. o construir una adicional. Instalar un sistema artificial de producción. El análisis de sensiilidad de cada !ariale del Sistema Inte"ral de Producción deerá tener como ojeti!o determinar el mejor escenario de producción y por ende optimizar el sistema.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#
%$∗
Este tipo de estudios se realizan con pro"rama espec%ficos que contiene todas las -erramientas de cálculo para e!aluar las condiciones de flujo en la !ecindad del pozo IPR=s0, el flujo multifásico en las tuer%as, tanto en el interior del pozo, como en la l%nea de descar"a, la predicción del comportamiento P8< de los fluidos producidos y -asta el comportamiento del aatimiento de presión en los estran"uladores. Su uso es de "ran interés por la inte"ración de los diferentes elementos del pozo.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% AN@LISIS IDR@ULICO ∗
$a selección del diámetro de la tuer%a de producción consiste en efectuar un análisis -idráulico para una !ariedad de condiciones de producción camios de tama+os de tuer%a, "astos de producción, presiones de separación, etc0. >ajo un criterio de e*plotación predeterminado permite otener, el tama+o del aparejo de producción, mediante el cual éste "enera la má*ima producción posile, con el mayor a-orro de presión en cada una de las etapas de flujo por el que incurren los -idrocaruros.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro el aparejo e pro!""#$% ∗
1etrás de la aplicación de esta técnica, e*iste todo un traajo pre!io de in!esti"ación para determinar que modelo matemático es el más apropiado para caracterizar el flujo de fluidos a tra!és del yacimiento, as% como la correlación del flujo multifásico que mejor representa el flujo en la tuer%a de producción, el estran"ulador y la l%nea de descar"a.
De(er'#%a"#$% el #-'e(ro $p(#'o el aparejo e pro!""#$% ?na !ez cumplido la anterior, la determinación del diámetro adecuado de la tuer%a de producción puede otenerse aplicando secuencialmente los si"uientes pasos# ∗ ∗
∗ ∗
'. 1eterminación de los diámetros factiles de selección. ). 1eterminación de las sartas má*imas para cada tuer%a o arre"lo de tuer%as seleccionadas. &. 1eterminación del diámetro con el má*imo "asto. 5. 1eterminación del "asto óptimo, considerando todo el sistema de producción.
ÍNDIC D P!"D#C$I%ID&D Pe
El %ndice de producti!idad representa la respuesta dinámica del yacimiento y las propiedades de sus fluidos con el área de drene de un pozo espec%fico
La ec!ación del -ndice de r#d!cti/idad se !ede c#nsiderar c#m# la e0resión de !na recta Y + b 1 m0
P&'
( *$
P&' + Pe , )
1efine la relación que -ay entre la tasa de producción '() y la presión de fondo fluyendo 'P*f)+ para una presión estática promedio del yacimiento 'Pe).
Si Pe + P&' ent#nces $+ 23 #4# cerrad# sin 5!ir Si P&'$# es i6!al a 728 ent#nces * ; $+ $ +m90ima ?Pe , P&'
(<(.= * ># * U* ?Ln ?re@r& 1 S
$
#nidades:
%$ ÍNDIC D P!"D#C$I%ID&D cuación de Darcy+ flujo radial+ para el cálculo de la tasa de producción+ para yacimientos de aceite y 2as disuelto bajo saturados con da4o
$# +
* ;* ?Pe , P&' (<(.= * ># * B* ?Ln ?re@r& 1 S
Donde: $o@
P1B & permeailidad AmdB. '& espesor del inter!alo disparado ApiesB. e@ Presión promedio ApsiB f& Presión fondo fluyendo ApsiB *+*.& Cactor de con!ersión -@ 8iscosidad A3PSB. re& Radio drene del pozo ApiesB r @ Radio del pozo ApiesB S& factor de da+o al pozo
jercicio 7 #n po5o productor de aceite y 2as+ fue perforado en un yacimiento de aceite y 2as disuelto bajo saturado6 con los datos (ue se muestran a continuación: re @ D&) pies0 Pe@ ' ls(p")0
8órmulas a emplear
F @ 7 md0 - neto arena @ ) pies0 G @ & cp0 >oi @ '.)7 r/ @ &.)7 p"0 @ .)H pie0 S@
) +
$#
+
?Pe , P&'
*; (<(.= * ># * B * ?Ln ?re@r& 1 S
$# + ) * ?Pe P&' $ma0. + ) * ?Pe 2 c#n#ciend# Pe " $ ma0. Se tra4a la recta " se deternina
Determinar en forma analítica: a. El %ndice de producti!idad del pozo: . $a tasa de producción del pozo a una P/f@ 7 l(p")0:
jercicio 7 a) Determinar el índice de producti"idad
) +
$# ?Pe , P&'
+
9.3;
*; (<(.= * ># * U* ?Ln ?re@r& 1 S
!) /aza de producción del pozo con f&00psi
$# + ) * ?Pe P&'
77= bpd/
ÍNDIC D P!"D#C$I%ID&D D 8"!>& ?!@8IC& El %ndice de producti!idad es representado por la cur!a de afluencia, construido por la tasa de producción (e1e 2) y la presión de pozo fluyendo (e1e y).
(A/
P*fy/
P/fma*
q
P/f
q'
P/f '
q
ma*
&'?"
$?0 p35+4
ÍNDIC D P!"D#C$I%ID&D D 8"!>& ?!@8IC& 1el ejercicio anterior, "rafica su cur!a de afluencia: re @ D&) pies0
(A/
P*fy/
(A/
P*fy/
P/fma*
P/fma*
- neto arena @ ) pies0
q
P/f
''
7
G @ & cp0
q'
P/f '
q'
P/f '
Pe@ ' ls(p")0 F @ 7 md0
>oi @ '.)7
q
ma*
q
ma*
r/ @ &.)7 p"0 @ .)H pie0 S@
) .)&5 >P10(l(p")0 + + 77= bpd/ $#
$ma0. + ) * ?Pe 2 c#n#ciend# Pe " $ ma0. Se tra4a la recta " se deternina
$ma0. + ) * ?Pe 2+)*Pe+ 2.=
ÍNDIC D P!"D#C$I%ID&D D 8"!>& ?!@8IC& $ma0. + ) * ?Pe 2+)*Pe+ 2.=
(A/
P*fy/
P/fma*
''
7
)&5
(A/
P*fy/
'
''
7
)&5
ÍNDIC D P!"D#C$I%ID&D D 8"!>& ?!@8IC&
Calc!l# de a5!encia
(A/
P*fy/
'
''
7
)&5
584 .28 G 1HHH R 1
p35+4 L#%ear p35+44
&N@1IBIB N"D&1 $a técnica de análisis nodal el cual permitirá estalecer un conducto de flujo, para que# ;
$os -idrocaruros fluyan por ener2ía propia o ener"%a impuesta por el yacimiento.
;
Buban por la tubería de producción de una manera controlada, estran"ulador.
;
por
medio
de
un
conducir los idrocarburos por las líneas de descar2a y Para
posteriormente
los caezales de recolección de la producción, asta lle2ar a los separadores : ;
Posteriormente los fluidos producidos son tratados para su entre2a Refinación, Jas y Petroqu%mica.
&N@1IBIB N"D&1
&N@1IBIB N"D&1
ener2ía
"ferta
y
El análisis Kodal consiste en -acer un alance entre la oferta de ener"%a propuesta por el yacimiento 3ondición natural) y la demanda de ener"%a requerida por la infraestructura creada por los in"enieros, para la e*plotación de los yacimientos petroleros (ozo e instalaciones superficiales, para el mane1o de la producción). $a optimización de un sistema de producción depende principalmente del conocimiento que se tiene sore los diferentes elementos que lo constituyen.
&N@1IBIB N"D&1 P* - psi
P*s - Psi
P*fs - psi P*f - psi
Psep - psi
&N@1IBIB N"D&1 P* - psi
Psep - psi
P& s P& 's
P& ' P& ;
P*s - Psi
Pse P*fs - psi P*f - psi
&N@1IBIB N"D&1 P* - psi
P*s - Psi
P*fs - psi P*f - psi
Psep - psi
Este procedimiento dee incluir, entre otras cosas, la interrelación de las ca%das de presión que ocurren en el sistema inte"ral de producción yacimientoL pozoLater%a, es decir las propiedades del yacimiento, el estado mecánico del pozo y del equipo superficial
jercicio Propuesto 7 1etermine la ca%da de presión total del sistema de análisis nodal.
P* - 3999 psi
P*s -999 Psi
P*fs - ;999 psi P*f -99 psi
Psep - 399 psi
jercicio Propuesto 3 ?n sistema de análisis nodal, arrojo lo si"uientes datos. 3/&*00 psi sep& 4 psi
3alcular# a0P/s 0 P/f cuando q@)7 pd y M@'.79 pd(psi
