ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL Aplicación del Análisis Nodal Nodal para la Evaluación del Sistema de Levantamiento Levantamient o Artificial por Bombeo Electro-Sumergible del Campo ESPOL III
DANILO ARCENTALES BASTIDAS MARCO CAIZAPANTA APOLO
Febr Fe brer ero o - 20 2011 11
AGENDA 1. 2. 3. 4. 5.
Introducción Antecedentes Objetivos Recopilación de In Información Procedimiento y Análisis de los datos 6. Resultados Obtenidos 7. Conclusiones 8. Recomendaciones
Introducción Análisis Nodal pozos con levantamiento artificial por bombeo electrosumergible.
Centrilift
–
Baker Hughes
Antecedentes EL mayor porcentaje de petróleo producido en nuestro país proviene de campos maduros, es decir que ya no cuentan con la suficiente energía para levantar el petróleo a la superficie naturalmente.
Campo ESPOL III Para Para nuestr nuestro o poster posterior ior análisi análisiss y evalua evaluación ción hemos hemos recopi recopilad lado o datos datos de info informac rmación ión real real de un un campo campo el el cual cual lo hemos hemos llamado llamado ESPOL ESPOL III III el mis mismo mo que que se ref refie iere re al camp campo o sach sacha. a.
Ubicación e Historia
Carac aracte terí ríst stic icas as del Campo ampo ESPOL SPOL III III •
Es el segundo campo mas grande
•
Con una longitud de 28.5 Km
•
•
Tiene una producción promedio de alrededor de 49.000 BPPD de un crudo de 28° API, proveniente de las arenas Hollin, Basal Tena, Napo U, Napo T. Tiene 225 pozos perforados, de los cuales 158 son productores
Estratigrafía del Campo ESPOL III
Características Petrofísicas de los Yacimientos VALORES PROMEDIOS Espesor
Ø
Sw
So
K
RESERVORIO
(ft)
(%)
(%)
(%)
mD
BT
9
18
34.3
65.7
300
U
20-60
17
12.8
67.2
100
Ti
20-44
15.6
20
80
200
Hs
30-70
14
33.3
66.7
70
Hi
30-110
18
29.4
70.6
500
Ts
PRESION DE CAMPO FORM.
SACHA
BURBUJA
TEMP. YACIM.
GRADO
GRAVEDAD DEL
API
GOR
Bo
GAS
Hinf
78
225
27.1
24
1.1625
1.5767
Hsup
550
225
27.3
124
1.1334
1.3561
T
1310
216
30.3
436
1.3726
1.2518
U
1052
211
26.7
270
1.2423
1.1324
Uinf
1170
218
22.8
224
1.2302
1.21
BT
807
181
24.1
150
1.117
1.099
Descripción Técnica del Equipo de Bombeo Electro Sumergible
•
•
En la actualidad existen en nuestro país pocos pozos terminados que poseen aun la suficiente energía en el yacimiento, para que el flujo llegue hasta la estación de producción a una tasa que sea rentable Por lo que se hace necesario proporcionar energía externa para levantar la columna de fluido desde los yacimientos hasta el centro de producción.
SISTEMA BES EQUIPO DE FONDO
EQUIPO DE SUPERFICIE
Bomba Centrifuga Caja de venteo
Separador de gas Protector
Transformador
Motor Electrico Sensor
Variador de Frecuencia Frecuencia
Equipos de Superficie
Transformador
Variador
Carta Amperimetrica
Fuente: Ingeniería de Petróleo
–
Fuente: Ingeniería de Petróleo
–
Caja de Venteo Cabezal
Fuente: Ingeniería de Petróleo
–
Fuente: Ingeniería de Petróleo
–
Equipos de Fondo
Sensor
Motor
Protector
Separador de gas o Intake
Cable de Potencia
Bomba
Fuente: Ingeniería de Petróleo
–
Producción de altos volúmenes de crudos
Usadas en pozos desviados y costa afuera
No dispone de partes movibles en superficie
Disminucion del impacto ambietal
Se puede monito mon itorea rear ra trav tr aves es de controles automatizados
No es con conven venien iente te en pozo pozos s con alto alto GOR y con proble pro blemas mas de arena arena
Selección del equipo básico de un sistema de Bombeo Electro sumergible BES
Datos básicos requeridos del pozo
•
A continuación se describe la lista de parámetros básicos requeridos para el proceso de diseño:
•
Datos del pozo:
•
Datos de producción actuales
•
Condiciones de fluido del pozo
•
Fuentes de energía
•
Posibles problemas del pozo
Selección de la Bomba Electro Sumergible
•
Los principales parámetros que caracterizan caracterizan una bomba son:
- Se Seri riee de la Bom Bomba ba - Tipo Tipo de bomb bomba a requer requerido ido - Núme Número ro de de etap etapas as
CURVA DE RENDIMIENTO DE LA BOMBA
Downthrust
Upthrust
Selección del motor
•
Debemos seleccionar el motor tomando en cuenta lo siguiente:
- Diámetro del casing - Potencia requerida por la bomba en HP - Voltaje Voltaje y amperaje amperaje disponi disponible ble en superfic superfice. e.
Selección del Cable de Potencia
•
La selección del cable implica la determinación de:
- diam iametro tro del del cabl cablee - Tipo Tipo del del cab cable le - Longit Longitud ud del cable cable
Dinámica Dinámic a de Yacimien Yacimientos tos Comportamiento Influjo
Produ Product ctiv ivida idad d del Pozo Pozo
Pr es la pr pres esió ión n promed pro medio io de dell yac yacimi imien ento to cerrado
Yacimiento Y acimiento Perforaciones
Pr
Pr
Ley de Darcy par para flujo radial ha hacia el pozo: Pr
Pr Flujo Flu jo de Flu Fluido ido
Límite Lími tes s de dell rad radio io de “drenaje “drenaje““
Pwf
Q=? Flujo Flu jo de Flu Fluido ido
Pr
Ley de Da Darcy para flujo radial ha hacia el po pozo: Para Para el sist sistem ema a mostr mostrad ado o en la la lámi lámina na ante anteri rior or,, la la Ley Ley de Darcy Darcy establ establece ece lo sigui siguient ente e:
7.08 x 10 qo
-3
o
Bo
ln
k o h ( P r r e
r w
P wf
0.75
qo = tasa de flujo ko = permeabilid permeabilidad ad efectiva efectiva h = espeso espesorr efecti efectivo vo de arena arena o = viscosidad viscosidad promedio promedio Pr = presión del yacimiento P wf = presió presión n de fondo fondo re = radio de drenaje r w = radio del pozo Bo = factor volumétrico
)
Ley Ley de Darcy rcy para flujo radia dial hacia el pozo: Todos odos los los dato datos s nece necesa sari rios os en esta esta ecua ecuaci ción ón norm normal alme ment nte e no está están n disp dispon onib ible les. s. Pero Pero si asum asumim imos os que ko, h, re, rw, rw, Bo y o son son con const stan ante tes s para para un pozo pozo en part partic icul ular ar (est (esta a es una una buen buena a asun asunci ción ón), ), la ecua ecuaci ción ón se conv convie iert rte e en:
C
qo
C 4
C
5
1
C
ln
( P r
2 C 3 C 6
P wf C
C 7
8
)
Ley de Darcy par para flujo radial ha hacia el pozo:
Simplificando...
qo c ( P P ) r wf Despejando… Despejando …
1 P wf qo + P r c
Ley Ley de Darcy rcy para flujo radia dial hacia el pozo: Esta es una ecuación de la forma “ y=mx+b y=mx+b “ la cual repr repres esen enta ta una una líne línea a rect recta. a. Adem Además ás,, la líne línea a tien tiene e una una pend pendie ient nte e “m” y la interc intercepc epción ión con el eje Y “b”.
La cons consta tant nte e K es lo que que llam llamam amo os: Indi Indice ce de Productividad “IP“.
1q + P wf P o r c
Ley de Darcy par para flujo radial ha hacia el pozo: Gráf Gráfic icam amen ente te se repr repres esen enta ta así: así: Presión ión - PSI
Inte In terc rcep epci ción ón = Pr Pend Pe ndie ient nte e = -1/C -1/C
Pwf
0
0
Ley de Darcy par para flujo radial ha hacia el pozo:
El Indi Indice ce de Prod Produc ucti tivi vida dad d (IP) (IP) es igual gual a la tasa tasa de flu flujo dividada por la re reducció ción de pr presión por producción “drawdown“:
IP
q
(P P ) r
wf
Tasa asa Máxi Máxima ma Cual es la máxima tasa de flujo que puede producir el pozo pozo? ? La máx máxima ima tasa tasa de fluj flujo o ocur ocurre re a la máx máxima reducc ucción de pr presión por producci cción (Pwf = 0) 0).
PI
qmax
(P 0 ) r
or
qmax P x PI r
Ley de Darcy par para flujo radial ha hacia el pozo: La Le Ley y de Da Darc rcy y se se cum cumpl ple e en po pozo zos s co con n una una so sola la fase fa se de fl flui uido dos s (p (por or ej ej.. Ag Agua ua,, pet petró róle leo oo agua/petróleo). ¿Pe Pero ro que pasa si se li lib bera gas en en el el ya yacim imiiento to? ?
Yac. Subsaturado
Ley de Darcy par para flujo radial ha hacia el pozo: Yac. Saturado: Presión ión - PSI
Pr < Pb Qmax
Pwf
Seg Según la Ley Ley de Darcy Darcy
Qmax Real
0
0
Compor Comporta tami mient ento o del del Influ Influjo jo – – IPR Yacim acimien iento to Satu Satura rados dos o Sub-S Sub-Sat atura urados dos En vez vez de la Ley Ley de Da Darc rcy y usa usamo mos s la cur curva va de Vog ogel el – IPR La ecu ecuaci ación ón es:
qo q o(max)
=
1 - 0.2
P wf P r
- 0.8
P wf
2
P r
donde q es la máxima tasa de flujo que el pozo pued pu ede e pro produ ducir cir.. o(max)
Anál An ális isis is No Noda dall de un po pozo zo
Calcula caidas de presione entre entre dos nodos, fluidos producidos, y de esta maner determinar determinar curvas curvas de comporrtamie comporrtamiento nto de afluencia afluencia y el potencia potenciall de produccion produccion del yacimiento yacimiento en un pozo pozo
Análisis Nodal, Pozo con BES Se debe considerar: Bomba como un elemento independiente Presión de entrada entrada y descarga descarga de la bomba bomba •
•
Calcular: Curva de Rendimiento del pozo con levantamiento artificial artificial por BES. •
Curva de Rendimiento del Pozo con BES Donde: CHP WHP PIP Pd FBHP
= = = = =
de revestimiento; psi Presión en la tuber í ía Presión en el cabezal del pozo; psi Presión de entrada a la bomba; psi Presión de descarga; psi Presión de fondo fluyente; psi
Dividiremos el perfil de las presiones del pozo en dos subsistema: Formación-bomba Cabezal-bomba • •
Subsistema Bomba-Cabezal •
Donde: PIP= Pump Intake Intake Pressure Pressure (Presión (Presión de de entrada entrada de la la bomba) bomba) Pwf=Presio Pwf=Presion n de fondo fluyente fluyente = gravedad especifica del fluido PB=Profundidad de la bomba
Encontramos la presión de entrada de la bomba disponible (PIP) considerando la gravedad especifica del fluido que la Presión de Fondo fluyente (Pwf) debe levantar desde el Punto medio de las Perforaciones (PMP) hasta la profundidad de la bomba (PB).
Subsistema Formación-Bomba •
Pdesc:
Encontramos la Presión de descarga de la bomba requerida (Pdesc) tomando en cuenta la Presión en el cabezal, perdidas por fricción en la tubería de producción y la columna de fluido presente en el tubing.
Presión de Presión de descarga
PWH = Presión de cabezal = Perdidas por fricción en la la tubería de producción
Curva de Presión de Entrada y Descarga VS Tasa de producción
Curva de Rendimiento del pozo con levantamiento artificial BES 4500 4000 3500 3000
I S P
2500 Presion requerida suministrada por la bomba
2000 1500 1000 500 0 0
1000
2000 BFPD
3000
4000
Evaluación del Pozo Pozo ESP-01 mediante análisis nodal Objetivos: •
•
Evaluar si la producción actual del pozo se encuentra dentro del rango óptimo de operación, y a su vez determinar si la bomba actual en el pozo esta sobredimensionada. Optimizar el Pozo ESP-01 -01 median iante el análisis nodal
Evaluació Evalu ación n del Pozo Pozo ESP-01 ESP-01 mediante mediante analisis analisis noda nodall POZO ESP-01 W.O.- 03 Fecha de Compl etación: 03-Oct-01 W.O.#01: 24-Jul-05
RTE : 934.14' GLE: 914.14 '
W.O.#02: 04-Mar-07 W.O.#03: 14-Agos-08
CASING CONDUCTOR:
141'
20" , H-40, 94.5#, 3 TUBOS CEMENTADO CON 792 SXS CLASE "A" CASING SUPERFICIAL AL :
4008'
13 3/8", C-95, 72#, 92 TUBOS CEMENTADO CON 2900 SXS CLASE "G" CASING INTERMEDIO: 9 5/8", C-95 , 47#, 187 TUBOS
3½" EUE, N-80, 253 TUBOS
Completación Comple tación BES actual actual 2 bombas D475N de 177 etapas 7890'
2 Separadores de Gas
3½" EUE, CAMISA DESLIZABLE (ID=2.81") 3½" EUE , N-80, 1 TUBO
7922'
2 Protectores
3½" EUE NO-GO
1 Motor 135 HP
3½" EUE, N-80, 1 TUBO
7954' B
B
7984'
A GH
7990' 7993'
3½" EUE DESCARGA BOMBA D475N (177 ETAPAS) SERIE 400 BOMBA D475N (177 ETAPAS) SERIE 400 MANEJADOR DE GAS AGH D52 1 (32 ETAPAS) SEPARADOR DE GAS SERIE 400 2 PROTECTORES MAXIMUS, SERIE 4 00 MOTOR 135 HP, 1906 VOLT, 43.8 AMP. SENSOR PHOENI X TIPO "O" CENTRALIZADOR DE 7" @ 8045'
8009' M DESVIACION 2.58°@ 8075.5 DESVIACION 10.8°@ 8588
8039' 8045' 8578'
COLGADOR DE LINER DE 7" 9 5/8" ZAPATO GUIA CEMENTADO C/1236 SXS, CLASE "G" 10310' ZAPATO GUIA LINER 7" CEMENT. C/598 SXS, "G" 10521' 10 1278' 11799' 11812'
LINER 7", C-95 , 26#, 48 TUBOS
ARENA HOLLIN SUPERIOR AXIMO DESVIACION 87°
PT=11820' TVD=9922'
** PESCADO Tope zapato 10169' A 87° COLGADOR LINER 5 "
CASING RANURADO DE5" : C-95 , 15#, 29 TUBOS N-80, 15#, 7 TUBOS DELINER CIEGO
** PESCADO: BROCA 8 1/ 2" DS49, M OTOR DEFONDO CON AIM, 2 DRILL COLLAR NO MAGNETICOS, SENSORDERESISTIVIDAD, JT DE SEGURIDAD, MARTILLO DEP ESCA
Fuente: Baker Huges
Información del pozo ESP-01 Presión de Reservorio
=
4207
P si
Tubería de Producción ID
=
2.992
Pulgadas
Tubería Nueva C
=
120
adim.
673
BFPD/psi
Qo Ac Actual @ Pwf
= 3607ps i
=
Gravedad Específica del Liquido
=
1
adim.
Profundidad Presiones (Sensor)
=
1085
pies
Profundidad de Asentamiento de la Bomba
=
7984
pies
120
psi
Presión en la Cabeza del Pozo
=
FECHA
BFPD
BPPD
BSW %
Arena
Método
22/05/2002
1801
1747
3
Hi
BES
22/02/2005
1450
1392
3
Hi
BES
07/02/2008
1103
1059
4
Hi
BES
26/10/2008
1000
960
4
Hi
BES
02/03/2009
840
798
4
Hi
BES
04/02/2010
673
673
5
Hi
BES
Calculo del IP del Pozo Pozo ESP-01 De la información proporcionada por el cliente calculo el IP del pozo utilizando los siguientes datos: Pwf= 3607 psi @ Q= 3673 BFPD
IPR del Pozo De la información del pozo tengo: Ps= 4207 psi Pb=78 psi
Q deseado= 850BFPD Q
PWF 0
42 07
85 0
3449.20
100 0
3315.47
200 0
2423.94
300 0
1532.41
348 6
10 95
350 0
1086.64
361 8
981.00
400 0
640.88
450 0
195.11
462 4
78.43
IPR POZO ESP-01 4500
Ps 4000 3500 3000 i s p 2500 f w 2000 P
IPR POZO ESP-01
1500 1000 500
Pb
0 0
500
1000
1500
2000 Q
BFPD
2500
3000
3500
4000
Perfil de Presiones en el pozo Columna Q(BFPD)
Pwf(psi)
PIP
PWH
Perd.friccion
hidr.
Pdesc
∆Pbomba
0
4207
3218
240
0
3767
4007
789
673
3607
2618
240
4
3767
4011
1393
850
3449
2460
240
7
3767
4014
1554
1000
3315
2326
240
9
3767
4016
1690
2000
2423
1435
240
38
3767
4045
2610
3000
1532
543
240
84
3767
4091
3548
3486.0
1095
106
240
10 1 04
3767
4111
4005
3500
1086
98
240
10 108
3767
4115
4017
Se determina que el sistema requiere requiere una presión de 1393 psi o 2952 pies de cabeza suministrada por la bomba para levantar 637 BFPD.
Curva de Rendimiento del Pozo ESP-01
Optimización del pozo ESP-01 Requerimientos del cliente:
Q Rango de Q Profundidad Bomba T superficie Frecuencia Rango de F
850 750 1300
bfpd bfpd
8000
ft
53
110 55 65
ºF Hz Hz
Curva de Rendimiento del Pozo ESP-01 Optimizado
Completación BES actual 1 bomba DN1100 de 166 etapas 1 Separador de Gas 2 Protectores 1 Motor 96 HP 1430 V 43 Amp
Diagrama Diagra ma de completaci completación ón del Pozo Pozo ESP-01 ESP-01 Optimizado Optimizado POZO PO ZO ESPESP-01 01 (OPTI (OPTIMIZ MIZAC ACII N) W.O.- 03 Fecha de Completación: 03-Oct-01 W.O.#01: 24-Jul-05
RTE : 934.14' GLE: 914.14'
W.O.#02: 04-Mar-07 W.O.#03: 14-Agos-08
CAS ING CONDUCTOR:
141'
20" , H-40, 94.5#, 3 TUBOS CEMENTADO CON 792 SXS CLASE "A" CASING SUPERFICIAL:
4008'
13 3/8", C-95, 72#, 92 TUBOS CEMENTADO CON2900 SXS CLA SE "G" CAS ING INTERMEDIO: 9 5/8", C-95 , 47#, 187 TUBOS
3½" EUE, N-80, 253 TUBOS
7890'
3½" EUE, CAMISA DESLIZABLE (ID=2.81")
7952'
3½" EUE NO-GO
3½" EUE , N-80, 2 TUBO
3½" EUE, N-80, 1 TUBO
7984' B
8000'
3½" EUE DESCARGA BOMBA D475N (177 ETAPAS) ETAPAS) SERIE 400 SEPARADOR DE GAS SERIE 400
8003'
2 PROTECTORES M AXIMUS, SERIE 400
8018' M
8034' DESVIACION 2.58° @ 8075.5 DESVIAC ION 10.8° @ 8588
8043' 8045' 8578'
MOTOR 135 HP, 190 6 VOLT, VOLT, 43.8 AMP. SENSOR PHOENIX TIPO "O" CENTRALIZADOR DE 7" @ 8045' COLGADOR DE LINER DE 7" 9 5/8" ZA PATO GUIA CEMENTADO C/1236 SXS, CLASE CLASE "G" 10310' Z APA TO GUIA LINER 7" CEMENT. C/598 SXS, "G" 10521' 10 1278' 11799'
11812'
LINER 7", C-95 , 26#, 48 TUBOS
ARENA HOLLIN SUPERIOR AXIMO DESVIACION 87°
PT=11820' TVD=9922'
** PESCADO Tope zapato 10169' A 87° COLGADOR LINER 5 "
CASING RANURADO DE5" : C-95 , 15#, 29 TUBOS N-80, 1 5#, 7 TUBOS DE LINER CIEGO
** PESCADO: BROCA 8 1/2" DS49, M OTOR DEFONDO CON AIM, 2 DRILL COLLA R NO Elaborado por: Marco Alexander
Comparación Completación Comple tación BES actual actual
Completación BES propuesta
2 bombas D475N D475N de 177 177 etapas
1 bomba DN1100 de 166 etapas
2 Separadores de Gas Gas
1 Separador de Gas
2 Protectores
2 Protectores
1 Motor 135 HP
1 Motor 96 HP 1430 1430 V 43 Amp Am p
Conclusiones •
•
•
•
•
Un análisis nodal resulta ser muy beneficioso ya que nos permite optimizar el com comport portam amiient nto o de la tas tasa de produ roducc cciión de un poz ozo o y el perfil de presiones del del mism mismo o con con cual cualqu quie ierr tipo tipo de Comp Comple leta taci ción ón.. En los cálculos de optimización del sistema BES realizados , no se ha cons consiider derado ado la pro producc ducciión de gas gas com como un parám aráme etro tro dentr entro o del diseñ iseño o, debido a que el GOR en nuestro pozo es bastante bajo ya que la presión de burbuja en Hollin Inferior ior es muy baja. El sistema BES a pesar de ser un sistema de leva levant ntam amie ient nto o cost costos oso o para para mane maneja jar r ba bajo jos s vo volú lúme mene nes s de flui fluido dos s , es be bene nefficio icioso so en el cas caso contr ontra ario rio cuand uando o se mane maneja jan n alto altoss volú volúme mene ness de prod produc ucci ción ón y pued puedee trab trabaj ajar ar en me medi dios os corr corros osiv ivos os.. Una baja baja frec recuenc uencia ia del del motor otor suel suelee prod roducir ucir el efec efecto to de down downthr thrus ustt , mientras que el efe efecto inv inverso erso se llama lama Uptrhust .Sin embargo ningu inguno no de los los dos estados es reco recome mend ndad ado o como como frec frecue uenc ncia ia de trab trabaj ajo o norma normall . La vida útil de los equipos de un Sistema BES es mayor si se cuenta con un Variador, ya que este permite arranques suaves eliminando picos de corriente que gene genera ralm lmen ente te daña dañan n los los eq equi uipo pos. s.
Conclusiones •
Al realizar la Curva de rendimiento del Pozo ESP-1 mediante el análisis nodal, proponemos una nueva Completación, Completación , la misma que cuenta con una Bomba DN1100 de 166 etapas, que producirá producirá 800 BFPD a una frecuencia frecuencia de 55 Hz, de igual igual manera podremos podremos producir tasas mayores mayores a esta, debido a que el cliete cliete posee un VSD.
Recomendaciones •
Realizar una mayor cantidad de pruebas de restauración de presión con el sensor de fondo para actualizar los datos del yacimiento y poder realizar un análisis nodal mas exacto.
• En el caso de que se analicen yacimientos con alto GOR y GOR y con presiones bajo el punto de burbuja se s e debe considerar la presencia de Gas y se deberán usar las correlaciones de Vogel. de Vogel. •
Como se cuenta con vari con vari ador y ador y se tiene un rango de operación entre 53Hz a 65 Hz, Hz, se recomendó usar un motor que nos suministre la potencia requerida que en nuestro caso fue 96 HP. HP.
Bibliografía •
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REDA Basic equipment Selection and Catalog, Schlumberger
•
Catalogo de ESP REDA , Schlumberger
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Nine Steps ESP Design, Design, Baker Huges
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Elec Electr tric ical al Su Subm bmer ersi sibl ble e Pumps Pumps Manu Manual al,, Gabor Gabor Taka Takacs cs
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Petrol Petroleum eum Engine Engineeri ering ng Handbo Handbook ok , Bradley
•
Manual de Tuberias, Tuberias, Tenaris
•
Apuntes Seminario Seminario de Graduación,Dicta Graduación,Dictado do por el el Ing. Ing. Bolivar Bolivar Miranda, Director de la Tesina.
Gracias por la atención!
