TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN Gerencia Técnica de Producción
PROGRAMA DE INDUCCIÓN GENERAL DE EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN
Bogotá D.C., Julio del 2004
AGENDA
Introducción
Generalidades
Conceptos Básicos de Producción Generalidades del Yacimiento Generalidades de los Fluidos Tecnologías de Producción
Estimulación de los yacimientos
Operaciones de Reacondicionamiento
Operaciones Off-shore
Reservas Mundiales de Petróleo y Gas
Producción Mundial de Petróleo y Gas • Producción de Petróleo de la OPEP •
Reservas de Petróleo de la OPEP
AGENDA
Introducción
Generalidades
Conceptos Básicos de Producción Generalidades del Yacimiento Generalidades de los Fluidos Tecnologías de Producción
Estimulación de los yacimientos
Operaciones de Reacondicionamiento
Operaciones Off-shore
Reservas Mundiales de Petróleo y Gas
Producción Mundial de Petróleo y Gas • Producción de Petróleo de la OPEP •
Reservas de Petróleo de la OPEP
INTRODUCCIÓN SEGÚN LA TEORÍA ORGANICA HACE MILLONES DE AÑOS, SERES VIVOS ENTRE MICROORGANISMOS, ANIMALES Y PLANTAS ORIGINARON LOS DEPOSITOS DE PETRÓLEO
CON EL PASO DEL TIEMPO VINIERON LOS PROCESOS DE SEDIMENTACIÓN AFECT FECTA ADOS DOS POR POR LOS LOS FUER FUERTE TES S CAMB CAMBIO IOS S DE TEMPERATURA Y PRESIÓN PRODUCIEN PRODUCIENDO DO NUMEROSAS NUMEROSAS REACCIONE REACCIONES S QUIM QUIMIC ICA AS EN LA TIER TIERRA RA
LO QUE FINALMENTE FORMÓ LAS CUENCAS PRODUCTORAS DE HIDROCARBUROS EN DIFERENTES LUGARES DEL PLANETA
INTRODUCCIÓN
El petróleo ha sido desde su descubrimiento el recurso no renovable mas buscado por el hombre, convirtiendose en la principal fuente de energía y motor para el desarrollo de la humanidad. El hombre ha venido desarrollando diferentes tecnologías que le permitan obtener un mayor éxito durante todas las etapas del proceso de obtención de los hidrocarburos. La Industria Petrolera se divide en las siguientes Cinco grandes etapas: • EXPLORACIÓN • PERFORACIÓN • EXPLOTACIÓN • TRANSPORTE • REFINACIÓN
GENERALIDADES EXPLORACIÓN
Conjunto de métodos geológico, geofísicos y geoquímicos que determinan la comerciabilidad de un yacimiento petrolífero. PERFORACIÓN
Operaciones a través de las cuales se interviene la roca almacenadora de hidrocarburos, en conjunto se realizan los trabajos de cementación, cañoneo y terminación del pozo. ETAPAS DE LA INSDUSTRIA DEL PETRÓLEO
EXPLOTACIÓN
Extracción y tratamiento de los fluidos del yacimiento, minimizando el impacto ambiental y obteniendo el mayor beneficio económico. TRANSPORTE
Entrega bajo las condiciones técnicas y ambientales, de grandes volúmenes de hidrocaburos listos para su procesamiento. REFINACIÓN
Separación química de los componentes del petróleo y posterior transformación en nuevos productos.
GENERALIDADES
Explotación
La explotación de un yacimiento petrolífero se lleva a cabo a través de la perforación de pozos de desarrollo, que permitan aumentar la tasa de producción de hidrocarburos y de igual forma lograr un retorno de la inversión en menor tiempo.
CONCEPTOS BÁSICOS DE PRODUCCIÓN
Origen del Petróleo La Teoría orgánica que es la mas aceptada sostiene que la materia orgánica fue recubierta por sedimentos y a través del paso del tiempo esta fue sometida a esfuerzos, temperatura y presión que permitieron la transformación de la materia orgánica en Kerógeno que está principalmente constituído por Carbón, Hidrógeno y Oxígeno; y posteriormente este Kerógeno se convirtió en petróleo. La concentración y tipo de kerógenos presentes en la roca de madre, (shale) determinan la cantidad, la calidad y variedad de los hidrocarburos formados a partir de él. Para definir los tipos de kerógenos se analizan los tres mayores constituyentes: Carbón, Hidrógeno y Oxígeno.
Tipos de Petróleo, según composición Las series de hidrocarburos más conocidas son: los parafínicos, olefínicos, nafténicos y aromáticos. Los PARAFÍNICOS están caracterizados por su gran estabilidad. Los hidrocarburos más livianos de esta serie están presentes en la mayoría de los petróleos crudos y constituyen el gas natural, conformado por el metano hasta el heptano y más pesados. Los OLEFÍNICOS son compuestos insaturados de dobles enlaces que fácilmente reaccionan con muchos compuestos. Los más livianos ( etileno, propileno, butileno ) son difícil encontrarlos en el petróleo liviano pero sí en los más pesados. Los componentes de la serie NAFTÉNICA son de anillo, cíclicos, saturados, por ejemplo el ciclo hexano. También son hallados en muchos petróleos crudos. Los AROMÁTICOS ó series bencénicas son cíclicos, de anillo, no saturados, químicamente muy activos. Se oxidan fácilmente.
Según Gravedad API
TIPO DE CRUDO
27
17
GRAVEDAD API
MEDIANO
PESADO
API
141.5
O
131.5
LIVIANO
GENERALIDADES DEL YACIMIENTO
Porosidad ( ) La porosidad es el volumen de espacio vacío en la roca y define la capacidad de almacenamiento de fluidos, varia de acuerdo al mecanismo de depositación al cual fue sometida la formación y se ve afectada por el tamaño y forma del grano.
Volumen _ poroso Volumen _ Total
*100
0-5% 5-10% 10-15% 15-20% 20-40%
Despreciable Pobre Regular Buena Excelente
Porosidad Absoluta: Es la porosidad total de una roca sin tener en cuenta las conexiones entre los espacios porosos. Porosidad Efectiva: Es aquella en la cual los poros están interconectados.
Permeabilidad (K) La permeabilidad es la habilidad de la formación para permitir el flujo de fluidos.
K o (mD)
Qo o
l
A
P
Ec. de Darcy K<50
50
K>250
K Absoluta: Cuando existe una sola fase la cual satura 100% del medio poroso. K Efectiva: Cuando existe más de una fase en el medio poroso que fluyen simultaneamente. K Relativa: Es la relación existente entre la anteriores permeabilidades. K K efectiva r
K ab s
Saturación de Fluidos Saturación es el volumen de espacio poroso de la roca ocupado por cada uno de los fluidos que existen en el yacimiento.
S o
Volumen _ OcupadoxPe tróleo Volumen _ Poroso
*100
1 S o S w S g
Granos de arena de la formación Espacio poroso Petróleo
GENERALIDADES DE LOS FLUIDOS Presión de Burbuja T=Cte Presión a la cual se produce la primer burbuja de gas, en un l íquido.
Punto de Rocío T=Cte Presión a la cual se produce la primer gota de liquido, en un gas. PSI - Presión
Línea del punto de rocío
Línea del punto de burbuja
LIQ.
C V=0.7
V=0.5
V=0. 6
GAS
°F Temperatura
Viscosidad ( ) La viscosidad es una medida de la resistencia del fluido a fluir y depende de varios factores tales como la presión, la temperatura, la composición del aceite y la cantidad de gas disuelto. La viscosidad del petróleo saturado con gas a una temperatura Pi > Pb constante decrecerá a medida que se disminuye la presión desde la inicial hasta el punto de burbuja. Por debajo de Pb, la viscosidad se incrementará a medida que Pi < Pb el gas sale de solución, dejando a las moléculas más pesadas en la fase líquida. (CP)
Pb
Pi
P (PSI)
Solubilidad del Gas (Rs) La solubilidad del gas es la cantidad de gas que se encuentra en solución en el aceite a determinadas condiciones de presión y temperatura. A Temperatura constante: Si la Presión A Presión Constante: Si
Rs
Si la Temperatura
Rs
la Similitud de la Composición Gas/Aceite
Rs
Rs (SCF/BF)
Comportamiento de Rs en yacimientos Subsaturados.
Pb
Pi
P (PSI)
Factor Volumétrico ( o) El o es el volumen en barriles que una cantidad de líquido a Condiciones Estándar ocupa en el yacimiento con el gas disuelto que puede retener el petróleo a esta presión.
Bl Vol .oil Gas _ en _ solución Cond . _ Yac. 0 BF Vol .oil Cond .Superficie o (Bl/BF)
Comportamiento de o en yacimientos Subsaturados.
Pb
Pi
P (PSI)
Relación Aceite-Agua WOR Esta relación del agua y aceite producido, variará de acuerdo al valor de la Saturación de Agua (Sw). Mientras más viscoso sea le petróleo más rápidamente se incrementará la WOR en términos de producción acumulativa del pozo.
WOR (Bl/Bl)
Producción Acumulativa, Bl
Relación Gas-Aceite GOR El GOR producido disminuye uniformemente al aumentar la producción acumulativa, hasta que la saturación de gas libre en la formación alcanza el valor crítico. A medida que aumenta la saturación de gas, la relación gasaceite (GOR) aumenta.
GOR (SCF/Bl)
Producción Acumulativa, Bl
GOR (SCF/Bl)
Tiempo
Efecto de Daño (S) Se define como una diferencia de presión adicional causada por desviaciones del comportamiento ideal del flujo radial, ya que la transmisión de presión no se hace uniforme a través del yacimiento, a causa de las heterogeneidades que se presentan en la zona que circunda el pozo. El P a través de la zona de daño o SKIN es la diferencia entre la presión actual del pozo fluyendo y la presión que se vería si el pozo no estuviera dañado.
Orígenes del Skin
Daño de formación. Invasión de Fluidos de Perforación. Hinchamiento de arcillas. Torta de Lodo y/o cemento. Precipitación por algas o bacterias.
Empaquetamientos con grava. Densidad de tiros/pie en el cañoneo. Fracturas naturales. Fracturas hidráulicas. Pozos desviados u horizontales.
rw
Presión Perfil Presión sin Daño rd
Presión Estática del Yacimiento
Perfil Presión con Daño
Reservoir
Skin P = Caída de Presión por Factor Skin
Radio
TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN
Un pozo puede fluir a superficie si la cantidad de energía requerida por el sistema de producción completo es igual a la que puede suministrar el yacimiento.
Indice de Productividad Es una relación que modela el comportamiento del influjo del pozo, es decir la capacidad de aporte de fluidos desde la formación hacia el pozo. El IPR es una relación entre el caudal del influjo al pozo (q) y la presión de fondo del pozo fluyente. Donde J: Indice de Productividad q: Caudal Pwf: Presión del Pozo Fluyendo P: Presión Promedio
J
q
P
P wf
TIPOS DE RECOBRO RECOBRO PRIMARIO Se lleva a cabo cuando el yacimiento aporta toda la energía necesaria para que los fluidos del yacimiento lleguen hasta superficie. La energía del yacimiento está asociada con el tipo de empuje que posee. Ver Tipos de Empuje RECOBRO SECUNDARIO Es aquel en el cual se mantiene la presión utilizando la intervención de la ingeniería para optimizar el factor de recobro por encima de lo que permite la energía natural del yacimiento. Ver Sistemas de Levantamiento RECOBRO TERCIARIO Se usa en yacimientos depletados, con bajas presiones y bajos factores de recobro, en los cuales se emplea la ingeniería para diseñar mecanismos no convencionales que permitan aumentar la producción y que a su vez sea económicamente viable. Como ejemplos de recobro terciario están la inyección de CO2, de Polímeros, bacterias o microorganismos, Combustión In Situ, etc.
Tipos de Empuje GAS EN SOLUCIÓN Rápida declinación de presión. • Poca o nula producción de agua. • Formación de una capa secundaria de gas. • SEGREGACIÓN GRAVITACIONAL Rápida declinación de presión,dependiendo del • mantenimiento del gas. • Poca o nula producción de agua. Formación de una capa secundaria de gas. • EMPUJE HIDROSTÁTICO Declinación lenta de la presión. • El volumen del yacimiento por la intrusión de agua. • Presión de fondo relacionada con la entrada de agua y • el vaciamiento del yacimiento.
SISTEMAS DE LEVANTAMIENTO
En la producción de un yacimiento no siempre se obtienen las tasas de flujo deseadas. A raíz de esto, a medida que se desarrolla el campo se piensa en usar sistemas de levantamiento artificial que nos permitan obtener tasas de flujo óptimas para hacer rentables las operaciones. De acuerdo a las características del yacimiento y del fluido que se quiere producir se puede pensar en usar uno u otro sistema de levantamiento artificial. SISTEMAS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL
SISTEMAS DE TRATAMIENTO EN SUPERFICIE
Regímenes de Flujo Multifásico
) i s p P ( O D O N N Ó I S E R P
Inflow
Punto de Operación
Presión de Operación
Outflow CAUDAL (MSCF/DÍA)
Flujo de BurbujasFlujo de baches
Flujo de Anular
Flujo de Niebla
Caudal
Análisis Nodal Choque Superficie
Nodo Cabeza del pozo
Gas
Nodo Separador
Líquido
SSSV Nodo Yacimiento (Cara del pozo)
Nodo Yacimiento (Límites)
Restricción en el pozo
Nodo en Pozo
Producción Nacional a Junio 2004 ASOCIACIÓN ORIENTE 162.444 BPD
GCO 30.488 BPD
ASOCIACIÓN PIEDEMONTE 171.544 BPD
ASOCIACION OCCIDENTE 54.771 BPD
SUPERINTENDENCIA APIAY 66.333 BPD
GAM 17.645 BPD
GSU 9.066 BPD
SISTEMAS DE LEVANTAMIENTO LEVANTAMIENTO HIDRÁULICO
GAS LIFT
BOMBEO MECÁNICO
BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE
CAVIDADES PROGRESIVAS
Sistema de Bombeo Mecánico
El sistema de Bombeo Mecánico está compuesto por: –
Equipo de Superficie (Unidad de Bombeo)
–
Motor
–
Varillas
–
Bomba de Subsuelo
Unidad de Bombeo La función de la unidad de bombeo es convertir el movimiento rotatorio del motor principal en movimiento ascendente y descendente de la sarta de varillas. Este movimiento es denominado recorrido. La Unidad de Bombeo está compuesta por:
Caja Reductora (Gear Reducer)
Contrapesos (Counterweight)
COJINETE CENTRAL
CAJA REDUCTORA
CONTRAPESO
PARTES DE UNIDAD DE BOMBEO MECÁNICO CONVENCIONAL
SISTEMA DE BOMBEO MECÁNICO
El Instituto Americano identifica de acuerdo con la geometría y forma de la estructura, tres clases de unidades de bombeo mecánico: Convencional, Neumático, Mark II. De la misma manera el API ha desarrollado un método estándar para la descripción de las unidades de bombeo.
TIPO DE UNIDAD C: Convencional A: Balanceadas por aire B: Con contrapeso en el balancín M: Mark II RM: Reverse Mark Máximo torque en la caja reductora en miles pulg-lbs. Se le adiciona la letra D si la caja tiene doble reducción.
C - 320 - 256 - 100
Máximo Recorrido en pulgadas. Máxima carga de diseño estructural en cientos de libras.
Clasificación de Sistemas de Bombeo Mecánico TIPO DE UNIDAD
CLASE
PUNTO DE APOYO
MECANISMO CONTRABAL.
CONVENCIONAL
CLASE I
PUNTO MEDIO DEL BALANCÍN
POR CONTRAPES O
UNID. NE UMA TICA
CLA SE II
EXTREMO DELANTERO DEL BALANCÍN
POR AIRE
UNID. MARK II
CLASE II
EXTREMO TRASERO DEL BALANCÍN
POR CONTRAPES O
T IPO DE UNIDAD
LONGIT UD DE CARRERA
CAJA REDUCT ORA
CONVENCIONAL
12 a 192 pulg.
25.000 - 912.000 pulg-lb.
NEUMATICA
64 a 300 pulg.
114.000 - 3’648.000 pulg-lbs
MARK II
64 a 216 pulg.
114000 - 1’280.000 pulg-lb.
Unidades Convencionales
•
•
•
• •
•
VENTAJAS Bajo costo de mantenimiento (repuestos de fácil consecución). Velocidad de bombeo mas rápida que las unidades Mark II Requiere menor contrapesos que las Mark II. DESVENTAJAS No es tan eficiente como las unidades Mark II u otro tipo de unidades. Requiere en proporción una caja reductora mas grande que otros tipos de unidades de bombeo, especialmente con varillas de acero. Las unidades Reverse Mark, son de geometría convencional, pero la caja reductora tiene la capacidad de reducir los requerimientos de torque y potencia, llevando con esto en muchos casos a disminuir el tamaño del motor requerido .
Unidades Neumáticas
•
• ‘
•
•
•
•
VENTAJAS Es más compacta y fácil de balancear que otras unidades. Tiene mayores aplicaciones, particularmente para el bombeo profundo y bombeo de altos volúmenes con carreras largas y bombeo de crudo pesado. Viene en tamaños mas grandes que otro tipo de unidades. DESVENTAJAS Es mas compleja y requiere mayor mantenimiento (compresor de aire, cilindro de aire). La condensación de agua en el cilindro causa problemas de corrosión, desgaste y fugas. La perdida de presión de aire en el cilindro ocasiona daños en la caja reductora.
Unidades Mark II
•
•
•
•
• •
VENTAJAS Tiene torques más bajos cuando se usan varillas de acero, comparado con la unidad convencional. Cuesta entre 5 y 10% menos, comparada con la unidad convencional de mayor tamaño. Es mas eficiente que las unidades convencionales. DESVENTAJAS En muchas aplicaciones, no puede bombear tan rápido como la unidad convencional porque la rápida velocidad de la carrera descendente causa problemas de rompimiento de varillas. Causa daño a las varillas y a la bomba en caso de golpe de fluido. Somete el fondo de la sarta de varillas a compresión severa, lo que causa fallas por pandeo.
Motor La función del motor es suministrar la energía que el sistema de bombeo necesita para moverse. La potencia del motor depende de la profundidad de la bomba, nivel de fluido, de la velocidad de bombeo y del balanceo de la unidad y demás características propias del pozo. Hay dos tipos de motores usados principalmente:
Motores eléctricos Motores de combustión interna
Varillas
La sarta de varillas conecta la bomba de subsuelo con la varilla pulida, su principal función es transmitir el movimiento reciprocante de la varilla pulida a la bomba.
Bombas de Subsuelo Las partes básicas de la bomba de subsuelo son simples, pero construidas con una gran precisión para asegurar su intercambiabilidad y eficiencia. Estas partes son: – Barril – Pistón – Válvula viajera – Válvula fija
El API ha desarrollado un método para la designación de las bombas de subsuelo.
20-125-R H B C-10-4-2 15= 1.9” OD
Longitud total de las extensiones en pies
20= 2-3/8” OD 25= 2-7/8” OD 30= 3-1/2” OD
Longitud nominal del pistón en pies
Diámetro de la tubería
Diámetro ID de la bomba 125= 1-1/4” 150= 1-1/2” 175= 1-3/4”
Longitud del barril en pies Tipo de anclaje C = Copas M = Metálico
200= 2”
225= 2-1/4” 250= 2-1/2” 275= 2-3/4” Tipo de bomba R = Inserta T = Tubería
Tipo de barril para pistón metálico H= de pared gruesa W= de pared delgada Tipo de barril para pistón soft packed S= de pared delgada p= de pared gruesa
Localización del anclaje A = en el Tope B = en el fondo
Tipo de Bombas de Subsuelo Bombas de Tubería: son aquellas en las cuales el barril forma parte integral de la tubería. Esta varilla está conectada al fondo de la tubería y corre con la sarta de la tubería de producción.
Es un ensamble Bombas de Varilla: completo de bombeo que va dentro del pozo, sobre la sarta de varillas. Sólo el niple de asentamiento va con la sarta de la tubería de producción a la profundidad de bombeo deseada.
TP TH
RWA RHA
SISTEMA DE BOMBEO MECÁNICO VENTAJAS Diseño del sistema relativamente • simple. Unidades fáciles de cambiar a • otros pozos con costo mínimo. • Eficientes ,simples y fáciles de operar en campo. Utilizable en Slimholes y • completamientos múltiples. Trat. De scale y corrosión fáciles • de realizar. • Puede utilizar bajas presiones para su bombeo. Flexible, puede semejar la rata de • desplazamiento a la capacidad del pozo a medida que este declina. Puede levantar petróleo con altas • viscosidades y temperaturas.
DESVENTAJAS No apto para locaciones urbanas. • Pesado y voluminoso en • operaciones Offshore. Susceptible a las parafinas. • El tubing no puede ser revestido • internamente para prevenir la corrosión. Alta producción de sólidos. • • En pozos de gas se obtienen bajas eficiencias volumétricas. Limite de profundidad, debido a la • capacidad de las varillas principalmente.
Demo Bombeo Mecánico
SISTEMA DE BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE El bombeo electrosumergible extrae el fluido de la formación a la superficie mediante la acción rotacional de una bomba centrífuga de multiples etapas sumergidas en el pozo y accionada por energía eléctrica que es suministrada desde superficie. Este método de levantamiento es considerado efectivo y económico para producir grandes cantidades de fluido de medianas a grandes profundidades de pozo bajo variadas condiciones.
Transformador Eléctrico
Variador
Gas Cable de Potencia, provee de electricidad al motor. Separador de Gas, conduce el gas libre producido por el anular.
Bomba Multietapas, El No. de etapas depende de la presión requerida.
Protector del Motor, Aisla el motor de los fluidos del pozo.
Intake de la Bomba, Entrada de los fluidos.
Motor de la Bomba.
Sensor de Fondo, Envía a superficie señales de presión y temperatura.
Perforaciones. Fluidos Producidos
Bombeo Electrosumergible El sistema de bombeo electrosumergible esta compuesto por:
Equipo de fondo: El cable de potencia, • Motor • • Sello Bomba • Separador de gas. •
Equipo superficie: Un Transformador Reductor (SDT) • Controlador del Motor • Transformador Elevador (SUT) • Caja de Venteo • Cabezal del pozo. •
Equipo de Fondo BES MOTOR Está diseñado de acuerdo a los requerimientos de potencia de cada etapa, el gradiente de fluido y la cabeza total dinámica a levantar. Estos motores son llenados con un aceite mineral altamente refinado y con alta resistencia dieléctrica. Los voltajes de diseño y operación de éstos motores pueden ser tan bajos como 230 voltios o tan altos como 4000 voltios. Los requerimientos de amperaje pueden ir desde 17 hasta 110 amperios, la potencia requerida es alcanzada al alargar o incrementar la longitud del motor.
Motor de Fondo BES El motor de inducción está conformado por: Estator Bobinado, Rotor Jaula de Ardilla, Eje, Rodamientos y Carcaza. El campo magnético del estator, induce una corriente en las barras de cobre de la jaula de ardilla del rotor. Estas corrientes producen un campo magnético que se repele con el campo del estator provocando el giro del rotor.
Sello o Protector Las principales funciones del sello son: –
Permitir Permitir la expansi expansión ón del aceite dieléctrico dieléctrico del motor. motor.
–
Igualar Igualar las presiones presiones del anular anular con la del aceite aceite del motor.
–
Mantiene la igualación de presiones entre el interior del motor y el espacio anular del pozo.
–
Soporta el esfuerzo axial debido a la presión de descarga de la bomba
Separador de Gas BES El separador de gas conecta el protector o sello y la bomba, permitiendo la producción de pozos con alto GOR (mayor o igual al 200 PCS/Bbl) ya que reduce la cantidad de gas libre al pasar por la bomba.
VENTAJAS –
Previene la cavitación a altas tazas de flujo.
–
Evita las fluctuaciones de carga del motor debido a los ciclos causados por la interferencia de gas severo.
–
Aumenta la vida del pozo con un exclusivo diseño de rotor cubierto
Bomba de Subsuelo BES DIFUSOR
El número y tipo de etapas son determinados de acuerdo a la producción deseada y a la cabeza total por levantar.
IMPULSOR
Las bombas electrosumergibles son centrífugas multietapas. cada
etapa
consta de un rotor o impulsor rotativo y de un estator o difusor estacionario y permite bombear un caudal determinado de fluido.
Cable de Potencia La potencia es transmitida al motor electrosumergible por una línea de cable eléctrico trifásico que va adherido a la tubería de producción, éste cable debe ser pequeño en diámetro.
Existen dos clases de cable redondo y plano. De configuración redonda se usa cuando hay suficiente espacio anular y el cable de configuración plana se debe utilizar cuando hay limites de espacio anular, sin embargo.
BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE
VENTAJAS Eficiencia del 50% para pozos con • altas ratas 100 a 30000BPD
VENTAJAS •
•
Maneja altos cortes de agua
•
•
Depth >7500ft
•
•
Aplicable a pozos desviados
•
•
Aplicables costa afuera
Pobre manejo del gas No se aconseja para caudales bajos Limitado por el tamaño del casing Para resolver daños en la unidad se debe realizar un servicio al pozo
Demo Bombeo Electrosumergible
BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE
SISTEMA DE GAS LIFT PRODUCCIÓN DE GAS Y ACEITE INYECCIÓN DE GAS
En este sistema el gas bajo presión entra a la columna de petróleo, reduce su densidad y ejerce presión para elevarla hasta la superficie. MANDRIL
El gas se introduce desde alguna fuente externa (aplicable cuando sea disponible gas a alta presión) bajo condiciones controladas. Específicamente, el gas entra a la tubería por medio de válvulas de extracción instaladas para este fin.
VALVULA
PERFORACIONES
FLUIDOS DE PRODUCCIÓN
Sistemas de Gas Lift FLUJO CONTINUO Generalmente se prefiere el flujo continuo siempre y cuando el pozo tenga la capacidad productora para aguantarlo.
FLUJO INTERMITENTE Cuando las características productivas del pozo no permiten el flujo continuo se instala un sistema intermitente de extracción por gas.
Válvula Piloto
SISTEMA DE GAS LIFT
VENTAJAS • Es recomendable en pozos altamente desviados, que producen arena y tienen alto GOR, Las válvulas pueden ser • remplazadas sin necesidad de matar el pozo o de sacar el tubing. • El equipo de pozo es relativamente económico y los costos de operación son menores • Puede instalarse en el pozo hasta 10000 pies o más. Opera bajo un amplio margen de • tasas de producción sin necesidad de cambios en el equipo de subsuelo.
DESVENTAJAS Cuando existe alto espaciamiento • de pozos. Cuando hay poco espacio • disponible para los compresores en plataformas. No es recomendable en campos • con pocos pozos. • Otras limitaciones son cuando se tiene un casing muy viejo, gas ácido y pequeños ID en las líneas de flujo.
Demo Sistema Gas Lift
SISTEMA DE GAS LIFT
SISTEMA DE CAVIDADES PROGRESIVAS Estas bombas se basan en un desplazamiento rotatorio de fluidos, el sistema en espiral consiste en un rotor que gira excentricamente con un estator estacionario, formando cavidades progresivas que con su movimiento rotatorio llevan el fluido a superficie. El rotor gira por efecto de una serie de varillas conectadas a un motor en superficie Cuando una cavidad abre, la cavidad opuesta se cierra exactamente a la misma rata. Debido a ello se obtiene un flujo constante no pulsante.
Motor Eléctrico
Varillas
Estator
Tubing Casing
Rotor
SISTEMA DE CAVIDADES PROGRESIVAS
VENTAJAS • Bombeo uniforme, no pulsante. Capaz de levantar fluidos desde • livianos hasta pastosos y altamente viscosos. Bajo capital de inversión. • Bajo consumo de energía. • No posee válvulas internas. • Operación silenciosa del equipo. • No crea emulsiones • Producen hasta 1700BPD. • Depth 4000ft. •
SISTEMA DE CAVIDADES PROGRESIVAS
DESVENTAJAS • No aplicable en costa afuera Limitado solo a pozos someros • • Poco aplicable a pozos desviados Pobre manejo del gas • No compatible con CO2 . • Velocidad limitada para crudos pesados. • Manejo de caudales pequeños. • No es compatible con aromáticos. •
Demo Bombeo Cavidades Progresivas
SISTEMA DE CAVIDADES PROGRESIVAS
SISTEMA LEVANTAMIENTO HIDRÁULICO Fluido de Potencia
Los sistemas hidráulicos transfieren energía al fondo del pozo por medio de la presurización de algún fluido especial a través del tubing hasta una bomba en subsuelo que les transfiere energía. .
Bomba de Alta Presión
Casing
Fluido de Potencia
Lo mas notable es el sistema de flotación que le permite a la bomba ser circulada dentro y fuera hidráulicamente del pozo eliminando el slickline u operaciones especiales para cambiar la bomba
Tubing
Bomba de Fondo Tipo Jet/Pistón
Perforaciones Fluidos de Producción
Arreglo de Bombas Hidráulica de Subsuelo
Bombas Fijas
Bombas Libres
FLUIDO DE FORMACIÓN FLUIDO DE POTENCIA FLUIDO DE PRODUCCIÓN
SISTEMA DE BOMBEO HIDRÁULICO
Ventajas • No tiene partes móviles. Se puede utilizar un pozos • desviados. Permite levantar crudos pesados. • Puede operar a diferentes tasas de • producción. Se puede calentar el fluido motriz. • Se pueden inyectar químicos al • pozo. • Operación sencilla Depth de 1000 a 18000ft • • Producción de 100 a 10000BPD Buen manejo de los fluidos viscosos •
Desventajas Requiere de altas potencias • (HP). Cuando hay bajas presiones a la • entrada de la bomba, esta tiende a la cavitación. El fluido motriz requiere limpieza • cuando se utilizan los fluidos de la formación. No aplicable a completamientos • múltiples. • manejo de arena <100ppm
Demo Bombeo Hidráulico
SISTEMA DE BOMBEO HIDRÁULICO
SISTEMA DE TRATAMIENTO EN SUPERFICIE
El sistema de tratamiento de crudo comprende las siguientes etapas: • • •
• •
RECOLECCIÓN SEPARACIÓN TRATAMIENTO Crudo Agua Gas ALMACENAMIENTO TRANSPORTE
Separadores
Recolección
El manifold es el equipo que une la línea de flujo del pozo con los equipos de la batería de producción, generalmente el separador general y/o de prueba; también en algunos casos existen conexiones para derivar la producción directamente a tanques u otros equipos del módulo de producción (tanques de prueba, gun barrel, etc.)
Manifold de Entrada - Estación Apiay
Separación El petróleo proveniente de los pozos es una mezcla de diferentes componentes. Todos ellos con diferentes densidades, presiones, y otras características físicas. Los separadores de producción utiliza un procedimiento mecánico a temperatura normal y pueden ser bifásicos, trifásicos, verticales, horizontales o esféricos. Separadores
Separación Primaria: Separación Secundaria:
Separadores Calentadores Tratadores
Separación Durante la etapa de separación se disgrega la mezcla de hidrocarburos en sus componentes básicos, petróleo, agua y gas. El proceso de separación es afectado por la temperatura, presión, y densidad de los fluidos. El Free Water Knockout o FWKO se usa en pozos con poco gas para remover agua libre y arena. Salida de Gas Entrada de Fluidos
Platina de impacto
Zona de Gas Cámara de
Sección entrada
Zona de separación Sección para agua
Salida de Petróleo
petróleo
Salida de Agua Del múltiple de producción
Calentadores En el calentador la mezcla entra fría y sale caliente hacia un recipiente donde se le permite estar en reposo para que las fases se separen; en el calentador existe rompimiento de la emulsión pero no separación de fases.
Calentador
Tratadores En un tratador térmico el calentamiento de emulsiones se hace en recipientes que trabajan a presión, además del calentamineto en el tratador ocurre la coalescencia y el asentamiento. Un tratador electrostático es como cualquier otro tratador de emulsión, usa calor y químicos para separar la emulsión. Sin embargo, este tratador también hace uso de cargas eléctricas para ayudar a las gotas a combinarse entre sí, para poder sedimentarse.
Tratador Electrostático
Tratamiento de Aceite Los tanques de tratamiento tienen como principio el manejo del tiempo de residencia del fluido en la vasija. De acuerdo al fluido que estén tratando pueden ser Wash Tank, Skim Tank o Gun Barrels. Los tanques en su interior según el diseño, poseen arreglos de bafles, espirales, aspersores, canales de distribución, etc, que permiten una mayor separación de los fluidos.
Sistema Tratamiento Castilla
Gun Barrel El fluido de entrada a los tanques generalmente han recibido tratamiento químico y/o calentamiento (si lo requiere), facilitando el rompimiento de emulsiones que vienen de la separación, generalmente está acompañado por una bota elevada, la cual permite liberar el gas en solución que contiene el fluido entrante.
Skim Tank
PRV
MANOMETRO PCV PC
GAS DE COBERTU RA
Su mayor aplicabilidad los Skim Tank está en sistemas en los cuales el agua producida en los campos petroleros requiere inyectarse para programas de recuperación secundaria, por que ellos permiten un desnatado del agua en sistema cerrado ( el agua no está en contacto con el medio ambiente ).
VALVULA DE PRESION Y VACIO LSH
SALIDA OIL
CAJ A OIL
LSL
1 4
”
LC
ENTRADA DE AGUA FLAUTA DISTRIBUCION AGUA ACEITOSA
FILTR O
CAJA API SALID A AGUA LCV
Tratamiento de Gas En las Estaciones de Tratamiento de crudo se enfría y deshidrata el flujo de gas proveniente de los pozos y es entrega a la correspondiente Planta de Gas. Mediante Torres de Fraccionamiento se separan los componentes livianos, medianos y pesados del gas; obteniendo como productos finales el gas docimiliario, GNV, entre otros.
Sistema de Enfriamiento del Gas - Estación Apiay
Drum de Condensados (Sist. Enfriamiento Gas) Estación Suria
Tratamiento de Agua El agua de producción de un campo petrolero debe ser tratada antes de ser dispuesta, según la Ley Colombiana. Los Sistemas de Tratamiento pueden ser abiertos o cerrados de acuerdo al grado de exposición al oxigeno que se requiera y a la disposición final. Etapas del sistema de tratamiento de agua: • Tratamiento Químico • Separación • Filtración • Enfriamiento • Aireación
Caño Quenane
Vertimiento de Estación Castilla II
Tratamiento Químico del Agua Los químicos normalmente usados son: •
Rompedor Inverso
•
Antiespumante
•
Clarificadores
•
Inhibidores de Scale
•
Inhibidores de Corrosión
•
Biocidas,
•
Secuestrantes de oxigeno Sistema de Inyección de químicos se realiza a través de bombas dosificadoras de químicos, ubicadas en un patín.
Punto de Inyección Salida Separador
Patín de Químicos-Estación Suria
Separación En esta etapa los equipos mas utilizados, de acuerdo a la cantidad de aceite presente en el agua son: –
Separadores API
–
Unidades Wemco
–
Celdas de Flotación IGF
Separador API - Estación Apiay
Su principal función es permitirle a las gotas de aceite que existen en la fase continua de agua separarse de la fase de agua. El mecanismo de separación por gravedad es el mas usado en la mayoría de los equipos debido a que se cuenta con la fuerza de gravedad para separar y hacer que floten las gotas de aceite de la fase continua de agua.
Separador API Su principio de operación se basa en el tiempo de asentamiento y la diferencia de densidades del agua y del aceite. El aceite forma una nata en la parte superior la cual es removida por medio de un colector cilíndrico (Skimmer) que la envía al Sumidero. El agua limpia que se asienta en la caja API y pasa a otra etapa del tratamiento. La instalación de placas corrugadas mejora el tratamiento. SECCION DE ENTRADA
SECCION DE SEPARACION
ENTRADA MEZCLA AGUAACEITE FLUJ O
BAFLE DISTRIBUIDOR DE FLUJ O
NATA DE OIL
SKIMMER
AGUA SALIDA DE AGUA
Unidades Wemco CPI
Este módulo esta compuesto por placas de 3 dimensiones hexagonales con inclinación de 60°. La separación por diferencia de densidades conduciendo el aceite hacia la parte superior y los sólidos suspendidos hacia la parte inferior, es favorecida por la disposición de especial del equipo.
Empaques
Placas Paralelas de Separación
Recolección de Aceite
Salida de Agua
Entrada de Agua
Recolección de Sólidos
Celdas de Flotación (IGF) La Celda de Flotación por Gas Inducido (Depurador) es utilizada para remover aceite y sólidos suspendidos del agua. Esto se logra al introducir burbujas de aire finamente diseminadas dentro del
Sistema de Tratamiento de Agua Estación Castilla II
líquido, con un previo tratamiento químico, el aceite contaminante y las partículas de sólidos llegan a ser adheridos a las burbujas de aire y son llevados a la superficie del líquido para ser removidos como un material flotante por los Desnatadores de la Celda.
Celdas de Flotación por Gas Inducido
Filtración
Salida de Agua de Lavado
El sistema de filtración está compuesto por recipientes cerrados y a presión que filtran los sólidos y aceites contenidos en el agua. Los lechos filtrantes mas comunes son: arena, grava, antracita, carbón activado, cascarilla de nuez, entre otros. La cáscara de nuez como lecho filtrante es el mas utilizado en la industria, son capaces de remover aceites y grasa desde 40 — 60 ppm hasta menos de 3 ppm.
Entrada de Agua
Agua Filtrada
Entrada Agua de Lavado
Lechos de Secado
Cuando el agua posee un alto contenido de sólidos los cuales no son convenientes retornarlos al sistema los lechos de secado facilitan su remoción en forma semi seca, en donde un lecho de arena y grava los retienen. Lecho de Secado - Estación Tocaria
Enfriamiento del Agua La temperatura máxima de vertimiento es 40°C, por lo tanto es necesario la instalación de los sistemas que se requieran para cumplir con esta Norma. Las torres de enfriamiento es uno de los equipos usados para enfriamiento del agua a través de un mecanismo de atomización del agua la cual por acción gravitacional desciende.
Torres de Enfriamiento - Estación Castilla II
Sistemas de Aireación
El objetivo de esta etapa es reducir la temperatura del agua de producción y eliminar la posible trazas de grasas presentes. Las piscinas de estabilización y de aireación son los sistemas mas utilizados en la industria, en los cuales al entrar en contacto el agua con el aire se reduce la temperatura.
Piscinas de Estabilización - Castilla II
Piscinas de Aireación - Estación Suria
Disposición de Agua Métodos de disposición de agua: Inyección de agua residual a formaciones no Productoras. • Inyección en yacimientos como sistema de recobro secundario. • Como refrigerante o agua de dilución en otros procesos del mismo campo. • Vertimiento a corrientes de agua naturales. • Las Normas de Vertimiento están regladas de acuerdo al DECRETO 1594 de 1.984 "Reglamento sobre el uso del agua y residuos Sólidos" Art. 72-74 y 75. Ecopetrol S.A. es catalogado como Usuario Nuevo, debido a que la solicitud y el correspondiente vertimiento fue realizado, después de aprobado el Decreto en el año 1984.
Normatividad Vertimiento
REFERENCIA
USUARIO EXISTENTE
USUARIO NUEVO
pH
5 a 9 unidades
5 a 9 unidades
Temperatura
40º C
40º C
Material flotante
Ausente
Ausente
Grasas y aceites
Remoción 80% en carga
Remoción 80% en carga
Sólidos suspendidos domésticos ó industriales
Remoción 50% en carga
Remoción 80% en carga
Demanda bioquímica de Oxígeno: Para desechos domésticos Para desechos industriales
Remoción 30% en carga Remoción 20% en carga
Remoción 80% en carga Remoción 80% en carga
Almacenamiento de Crudo Los tanques de almacenamiento son el equipo ó vasija atmosférica que se encuentran al final en el tratamiento de crudo. Básicamente son cilindros en posición vertical con aforo determinado por los organismos de regulación del estado ( Ministerio de Minas ). Una vez se drenan los tanques de almacenamiento el crudo queda en condiciones de ser fiscalizado, analizado y bombeado por el oleoducto a la refinería ó a la estación de cargue, para su posterior transporte en carrotanques a la refinería o a puerto.
Tipos Tanques Los tanques pueden ser:
CILÍNDRICOS • De techo fijo De techo flotante • De Membrana Flotante • Almacena productos que tengan una presión de vapor baja, de la presión es igual a la atmosférica, para almacenar crudos con flash point mayores a 150°F. Como: Combustoleos, Diesel, Queroseno, Gasolinas pesadas,Crudos
ESFÉRICOS Se usan generalmente para almacenar productos con una presión de vapor muy alta (25-200 psi). Almacena propano, butano, amoniaco, hidrogeno, oxigeno y nitrógeno son tanques herméticos
Fiscalización
La fiscalización es un conjunto de medidas, verificaciones y controles que permiten determinar, además de la calidad del crudo, la cantidad y las condiciones fisicoquímicas del mismo. El Ministerio de Minas y Energía lleva control sobre las medidas de los tanques que almacenan crudo en todo el territorio nacional. Medidor de Flujo - Unidad LACT de Estación Reforma
Transporte de Crudo El petróleo extraido se acostumbra a transportar por carro-tanques y/o barcazas. Los carro-tanques transportan el petróleo hasta la red del oleoducto y hasta las refinerías. El transporte del crudo que se exporta, por lo general se realiza en buques. Un oleoducto se construye mientras que el nivel de las reservas y producción justifique esta inversón.
RED NACIONAL DE OLEODUCTOS
CARTAGENA TLU
Petronorte
COVEÑAS
Ocensa
ACN
Tibú
Ayacucho
Petrosantander
ODC Payoa
Caño Limón
Payoa
Ocensa .
Omimex Vasconia Vasconia
B.P. Araguaney Porvenir Porvenir
OAM (Hocol)
Santiago
Gualanday
Dina Yaguará
Tumaco
Orito
Apiay
Petrobras
VIT VEP ECP CON TERCEROS TERCEROS
ESTIMULACIÓN DE YACIMIENTOS Son todos aquellos mecanismos utilizados para recuperar la productividad de un pozo, modificando el modelo de flujo entre la matrix, como consecuencia de los daños en los pozos ocurridos durante la perforación, el completamiento y durante la vida productiva (squezes, cañoneos, métodos de producción) Los métodos mas usados para la estimulación son:
Mud Filtrate Zone
• •
Virgin Formation
Fracturamiento Hidráulico Fracturamiento Ácido Compacted Zone Cement Casing
Perforating Debris
Estimulación de Pozos Pozo
Fracturamiento Hidráulico Inyección de material soporte que fractura el yacimiento formando canales de flujo.
Fracturamiento Acido Inyeccion de ácido que reaccionan con los carbonatos de la formación logrando una interconección de canales de flujo para aumentar la permeabilidad.
OPERACIONES DE REACONDICIONAMIENTO
Las operaciones de reacondicionamiento mas frecuentes son: • • • • • • • •
Cementación Aislamiento (Sentada de Tapones) Cañoneo Cambio de Completamientos Operaciones con Coiled Tubing Servicio de Pulling and Running Servicio de Reparación BES Toma de Registros
Cementación remedial Gas
GOC
Oil Canal entre formación y Casing
Conificación
Los flujos de agua y gas no deseados que se han originado a partir malas cementaciones es controlado con la cementación remedial. Gas Oil
Canal entre formación y Casing
Aislamiento de Zonas
Canales de flujo de agua, zonas de gas no deseadas son algunos de las zonas problemas que se evitan a través del asentamiento de tapones.
Canal de Flujo de Agua
Zona Aislada
Cañoneo Es la operación que establece comunicación entre la formación y el pozo una vez instalado el casing.
Métodos Wireline • Cañoneo a bala • Tubing Conveyors • Cortadores Mecánicos • Jets Hidráulicos •
Cemento Zona Dañada
Cañó n
Zona compacta da
Derrumbe de Perforación
Tunel Perforado Estable y Limpio
Estado Mecánico pozo Castilla 15
Re - Cañoneo No Productora Productora
Las operaciones de re-cañoneo se utilizan para iniciar la producción de nuevas zonas o aumentar la producción de determinadas áreas, de igual forma un éxito en el cañoneo también evita la conificación de zonas indeseables.
Productora
Estado Mecánico Castilla 7
Completamiento Durante la vida productiva del pozo se puede modificar el completamiento de los pozos de acuerdo a las manifestaciones que se vayan presentando.
Hueco Abierto Liner Ranurado Con Grava
Complet. Casing Estado Mecánico pozo Castilla 25H
Liner
Operaciones con Coiled Tubing
Coiled Tubing = Tubería de Acero Flexible. Facilita la operaciones de reacondicionamiento al no requerir mesa rotaria y tener menor equipo de superficie. Disminución operación.
en
los
tiempos
de
Tiene mayor uso en los pozos de gas.
Operaciones Offshore
El Coiled Tubing es el sistema mas utilizado operaciones costa afuera, gracias a la facilidades que proporciona en su instalacion. De igual los sistema de levantamiento artificial son aquellos que poseen menor infraestructura en superficie.
Equipo de Bombeo Electrosumergible - Offshore Equipo de Coiled Tubing en plataforma.
