TEMA 2
Bombeo Neumático FEBRERO 2013
Objetivo
El alumno conocerá y aplicará los principios de operación del Bombeo Neumático, así como los métodos de diseño y evaluación.
Contenido del Tema 2 Bombeo Neumático: • Principios de operación. • Equipo superficial y subsuperficial. • Ecuaciones que definen el funcionamiento de las válvulas. • Diseño de aparejos de bombeo neumático continuo. •
Fundamentos del bombeo neumático intermitente. • Identificación y corrección de fallas.
Definición El Bombeo Neumático Continuo (BNC) es el sistema artificial de producción más utilizado en nuestro país, ya que aproximadamente el 50% de los pozos productores están operado con este sistema, es utilizado en pozos con alto índice de productividad (>0.5 bl/día/psi) y presiones de fondo altas. El BNC consiste en inyectar gas a alta presión con la finalidad de aligerar la columna de fluidos, reduciendo la presión de fondo del pozo, Pwf. Pwf.
Pozo fluyente
Pozo con BN
Definición El Bombeo Neumático es un método de levantamiento artificial mediante el cual se inyecta continuamente gas a alta presión para aligerar la columna hidrostática en el pozo (flujo continuo), o en forma cíclica para desplazar la producción en forma de tapones de líquido hasta la superficie (flujo intermitente) . CONTINUO
INTERMITENTE
Mecanismos involucrados: • Disminución de la densidad • Expansión del gas inyectado • Desplazamiento del líquido
Efecto del gas en la TP
Los efectos del gas dentro de la tubería de Producción son:
Reducción de densidad
Expansión Desplazamiento de De Gas baches de líquido por burbujas de gas
Reducción de la densidad de la columna de fluidos
Expansión del gas conforme las condiciones de presión cambian a lo largo de la profundidad
Empuje de baches de líquido cuando las burbujas son suficientemente grandes para llenar el diámetro interno de la TP.
Gradiente de presión
Es el cambio de presión por unidad de profundidad, típicamente en unidades de psi/ft. La presión aumenta predeciblemente con la profundidad en áreas de presión normal. El gradiente de presión hidrostática normal para agua dulce es 0.433 psi/ft y 0.465 psi/ft para agua con 100,000 ppm de sólidos.
Principio básico
Principio básico
Reducción de la Pwf
Definición El sistema artificial de producción de BNC es el que más se le parece al flujo natural, y por lo tanto, puede ser considerado como una extensión del mismo.
Definición En un pozo con flujo natural, cuando el fluido viaja hacia la superficie, la presión de la columna de fluido se reduce, el gas se libera de la solución y el gas libre se expande. El gas, siendo más ligero que el aceite, lo desplaza, reduciendo la densidad del fluido y el peso de la columna de fluido sobre la formación.
Esta reducción del peso de la columna del fluido produce que la presión diferencial entre el pozo y el yacimiento ocasione el flujo en el pozo.
Reseña del Bombeo Neumático Continuo Al inicio del siglo antepasado, se utilizó el aire como fuente de bombeo neumático, pero debido a los problemas de corrosión y al peligro potencial de una explosión por las mezclas de gases formados, se opto por utilizar gas natural. Actualmente el gas natural continúa siendo la fuente principal del bombeo neumático a pesar de que se ha utilizado el nitrógeno en algunos casos. En ciertas ocasiones se ha mal interpretado el concepto del gas utilizado para bombeo neumático, suponiendo que el volumen comprimido diariamente para este fin, es acumulado durante todo el año; lo cual es incorrecto, ya que este volumen solo se recircula durante la vida del proyecto, por lo que la operación del bombeo neumático no requiere de excedentes de gas.
Bombeo Neumático Continuo
Reseña del Bombeo Neumático Continuo
Carl Emamanuel Loschers (Ingeniero Minero Alemán) aplicó aire como un medio para elevar líquido en experimentos de laboratorio en 1797.
La primera aplicación práctica del Bombeo Neumático Continuo con aire fue en 1846, cuando un americano llamado Crockford produjo aceite en algunos pozos de Pennsylvania.
La primera patente en Estados Unidos para Bombeo Neumático con gas, llamado “eyector de aceite” fue otorgado a A. Brear en 1865.
Reseña del Bombeo Neumático Continuo 1864-1900: En este periodo se produce mediante la inyección de aire comprimido a través del espacio anular o de la tubería de producción. Empleando este método en varias minas inundadas. 1900-1929: Se suscita el “boom” del empleo de aire en el área de la costa del golfo para el BNC. 1929-1945: En este periodo se otorgan patentes a cerca de 25,000 válvulas de flujo diferentes. Se presentan gastos más eficientes, causados por el desarrollo de estas válvulas. Ya se emplea el gas natural como gas de BNC
Reseña del Bombeo Neumático Continuo 1945 al presente: Desde el fin de la segunda guerra mundial las válvulas operadas por presión han reemplazado prácticamente a todos los demás tipos de válvulas de Bombeo Neumático.
1957: Introducción de válvulas de Bombeo Neumático recuperables con línea de acero.
1980. Inyección con Nitrógeno y válvulas eléctricas.
1990. BNC con tubería flexible y motocompresores a boca de pozo (México). 1998. BNA (Bombeo Neumático autoabastecido), desarrollado en México . 2000 al presente: se esta empleando el BN en terminaciones inteligentes.
BNA
AUTO BN
Infraestructura BNC
Válvulas
Mandriles
BNC Gas de Alta Presión
Planta de Compresión
Infraestructura BNC THP CHP
Inyección Gas Alta Presión
Válvulas y Mandriles
Planta de Compresión
Ventajas
BNC
Desventajas Desventajas
Ventajas BNC
Pocos problemas al manejar gran volumen de sólidos Sin dificultad para operar pozos con alta RGL Manejo de grandes volúmenes en pozos con alto IP Reacondicionamientos Reacondicionamientos con unidad de “Wireline”
Muy flexible para cambiar de continuo a intermitente Opera en pozos con terminaciones desviadas Discreto en localizaciones urbanas La corrosión usualmente no es adversa Fuente de poder ubicable, alejado de la localización Aplicable en costa afuera
Desventajas BNC Disponibilidad del gas de inyección Dificultad para manejar emulsiones Problemas con líneas de superficie obstruidas o bstruidas Formación de hidratos y congelamiento del gas Experiencia mínima necesaria del personal
La TR debe de resistir presiones elevadas
Emulsión: Es una mezcla de dos líquidos inmiscibles de manera más o menos homogénea (aceite – agua)
Factores que afectan al BNC (Considerar en el diseño-operación) Presión en la tubería de revestimiento y línea de descarga Profundidad de inyección Tamaño de la TR, TP y LD Profundidad, presión y temperatura del yacimiento Índice de Productividad del pozo % de agua Rs y gas libre en el fluido producido Presión de separación Desviación del pozo
Otras consideraciones Suministro de gas Distribución del sistema de gas de BNC Medición y control del gas de inyección Muestreo, pruebas y manejo de los fluidos producidos Casos de diseños especiales
Rangos de aplicación Rango Típico
Máximo
Profundidad
1,000-3,000 m
5,000 m
Volumen
100-10,000 BPD
30,000 BPD
100-250oF
400oF
0-50º
70º radio de bajo a medio
Injection Gas In
Temperaturas Side Pocket Mandrel with Gas Lift Valve
Desviación
Side Pocket Mandrel with Gas Lift Valve
Side Pocket Mandrel with Gas Lift Valve
Single Production Packer
Completion Fluid
Resistente a corrosión Excelente con el manejo de sólidos Utiliza sistemas de compresión Eficiencia del sistema 10%-30%
Bombeo Neumático El sistema consiste de cuatro partes fundamentales: 1. Fuente de gas a alta presión: Estación de compresión, pozo productor de gas a alta presión o compresor a boca de pozo. 2. Sistema de medición y control del gas en la cabeza del pozo, válvula motora controlada por un reloj o un estrangulador ajustable (válvula de aguja). 3. Sistema de control de gas subsuperficial (válvulas de inyección). 4. Equipo necesario para el manejo y almacenamiento del fluido producido.
Bombeo Neumático Continuo
Tipos de diseño para BN Hay dos tipos de diseño en la operación de los sistemas de BN: 1. Para instalación de flujo continuo. 2. Para instalación de flujo intermitente. Flujo continuo: inyección controlada de gas. Flujo intermitente: flujo bache. INTERMITENTE
CONTINUO
B. N. Continuo:
Apertura variable
Válvulas B. N. Intermitente: Asiento Amplio
Bombeo Neumático Continuo Para el diseño del aparejo de válvulas de flujo continuo se toman en cuenta las siguientes condiciones: • Profundidad del intervalo productor. • Diámetro de la tubería de producción. • Diámetro de la tubería de revestimiento. • Presión de gas disponible. • Volumen de gas disponible. • Volumen de fluido por recuperar. • Gradiente de presión estática. • Gradiente de presión fluyendo.
Mecanismo de las válvulas subsuperficiales del Bombeo Neumático Válvulas
sensibles a una determinada presión actuando en la TP (Pt) o en la TR (Pc). Generalmente son clasificadas por el efecto que la presión tiene sobre la apertura de la válvula.
Equipo Subsuperficial
Equipo Superficial
Válvulas de Bombeo Neumático (fundamentos)
Componentes de las válvulas de BN Una válvula de BN está compuesta de: • Cuerpo de la válvula • Elemento de carga (resorte, gas o una combinación de ambos) • Elemento de respuesta a una presión (fuelle de metal, pistón o diafragma de hule) • Elemento de transmisión (diafragma de hule o vástago de metal) • Elemento medidor (orificio o asiento)
Clasificación de las válvulas de BN Las válvulas de Bombeo Neumático se clasifican en: a) Válvulas desbalanceadas. b) Válvulas balanceadas.
Válvulas desbalanceadas Son aquellas que tienen un rango de presión limitado por una presión de apertura y por una presión inferior de cierre. Este tipo de válvulas se divide en: a) Válvula operada por presión del gas de inyección (válvula de presión). Sensible a la presión en TR. b) Válvula reguladora de presión (válvula proporcional). Sensible a la presión en TR o TP (cierre). c) Válvula operada por fluidos de la formación. Sensible a la presión en TP. d) Válvula combinada. Sensible a la presión en TP (apertura) y TR (cierre)
Pd Ab
Pc
CERRADA
Ap Pt
Pd Ab
ABIERTA
Pc Ap Pt
a) Válvula desbalanceada operada por la presión del gas de inyección Generalmente se conoce como válvula de presión. Se requiere un aumento de presión en el espacio anular para abrir y una reducción de presión en la TR para cerrar la válvula. Dos conceptos importantes: 1.Presión de apertura de la válvula bajo condiciones de operación. 2.Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación.
Presión de apertura de la válvula bajo condiciones de operación Instantes antes de abrir: Fo = Fc Fo = Suma de todas las fuerzas que tratan de abrir la válvula. Fc = Suma de todas las fuerzas que tratan de mantener cerrada la válvula.
Válvula desbalanceada operada por presión del gas de inyección F o
P (A A ) P A
F c
P A
c b
p
t p
d b P (A A ) P A P A c b p t p d b
Dividiendo entre A y despejando P : b c
A A A p p p P 1 P P ; si R c A d t A A b b b P ( 1 R) P P R c
d
P P c
vo
t
P d P t R 1 R
Nomenclatura Ab = área efectiva del fuelle, [pg2] Ap = Av = área del asiento de la válvula, [pg2] Pbt = presión interna del domo de la válvula a la temperatura base, [psi] Pc = presión en la TR requerida para abrir la válvula bajo condiciones de operación, [psi] Pd = presión interna del domo de la válvula a la temperatura de operación, [psi] Pg = presión del gas de inyección en el espacio anular frente a la válvula, [psi] Po = presión de apertura de la válvula en el probador a la temperatura base, [psi]
Nomenclatura Psc = presión del gas de inyección en la superficie para cerrar la válvula, [psi] Pso = presión del gas de inyección en la superficie para abrir la válvula, [psi] Pst = presión equivalente causada por la fuerza del resorte aplicada sobre el área (Ab - Av), [psi] Pt = presión en la TP frente a la válvula, [psi] Ptro = presión de apertura de la válvula en el taller, [psi] Pvo = presión del gas de inyección frente a la válvula en el momento de abrir, [psi]
Nomenclatura Pvc = presión del gas de inyección frente a la válvula en el momento de cerrar, [psi] T = temperatura base de calibración de las válvulas en el probador a 60 u 80 [°F] Tv = temperatura de operación de la válvula dentro del pozo, [°R] Z = factor de desviación del gas utilizado en el domo de la válvula @ Pb y T Zv = factor de desviación del gas utilizado en el domo de la válvula @ PbT y Tv
Ejemplo 1 Suponiendo que una válvula está localizada a 7000 [pie], que tiene una presión de domo de 900 [psi] y una presión en la TP de 600 [psi], determinar la presión en la TR requerida para abrir la válvula, si: Ab = 1.1 [pg2] y Ap = 0.2 [pg2]. Solución: Pc
Pd Pt R 900 (600)( 0.1818) 1 R 1 0.1818 Pc
790.92 0.8182
966.65 psi
Bajo estas condiciones de operación, cuando la presión en la TR se incrementa a 966.65 [psi], la válvula abre.
Para determinar el efecto que tiene la presión en la TP para abrir la válvula, se utiliza la ecuación anterior de la siguiente forma:
P c P vo
P d 1 R
P t R 1 R
El término que se resta de la ecuación anterior es llamado “Efecto de Tubería de Producción” : R T.E. Pt 1 R
El término R/(1-R) es llamado “Factor de Efecto de Tubería de Producción” . R T.E.F. 1 R
Ejemplo 2 Calcular el efecto de tubería causado por la presión en la TP de 600 [psi], del ejemplo anterior. Solución: T.E.F.
0.1818
0.2221
1 0.1818 por lo tanto, el efecto de tubería es :
T.E. 600(0.2221) 133.26 psi
Ejemplo 2 De estos resultados, se establece que cuando la presión en la TP es igual a cero (psi), la válvula a la profundidad de 7000 [pie] requiere de 966.65 + 133.26 = 1099.91 [psi] en el espacio anular para abrirse. Dicha presión de 1099.91 [psi] es llamada algunas veces como la presión máxima de operación . La presión en la TP (600 [psi] para el ejemplo) reduce la presión necesaria para abrir la válvula de 1099.91 [psi] a 966.65 [psi].
AYUDA A LA APERTURA
Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación Instantes antes de cerrar: F o F c
P c ( Ab A p ) P c A p F c P d Ab P c ( Ab A p ) P c A p P d Ab Haciendo P c P vc : P vc ( Ab A p ) P vc A p P d Ab P vc Ab P vc A p P vc A p P d Ab F o
Pvc
Pd
Donde: P = presión en el espacio anular para cerrar
Presión de cierre de la válvula bajo condiciones de operación Con base en dicha ecuación, la válvula que abre a 966.65 [psi] en el ejemplo 1, puede cerrar cuando la presión en la TR a la profundidad de la válvula sea reducida a 900 [psi] .
Amplitud de las válvulas (Spread) La diferencia entre las presiones de apertura y de cierre de una válvula es llamada “ Amplitud de la válvula” . Amplitud = Pvo-Pvc Pd Pt R Pd Pt R Pd (1 R) Amplitud ΔP Pvc 1 R 1 R 1 R Simplifica ndo la ecuación, se tiene :
ΔP
TEF (Pd - Pt)
Ejemplo 3 Calcular la amplitud de la válvula descrita en el ejemplo 1. Solución:
P TEF ( Pd Pt ) 0.2221(900 600 ) P 66 .65 psi Como la Amplitud = Pvo-Pvc, La presión para abrir la válvula es: Pvo = Pd + P = 900 + 66.65 = 966.65 [psi] Que es resultado obtenido anteriormente en el ejemplo 1.
Amplitud de las válvulas (Spread)
La mínima diferencia de presión:
•
Pt=Pd.
La máxima amplitud de la válvula ocurre cuando la presión en la TP es igual a cero (Pt = 0) •
Máxima amplitud de la válvula = Pmáx = TEF (Pd)
•
Gradiente de la columna de gas.
0.01877 g L P fondo P sup exp zT •La
presión de operación del gas de inyección está controlada en la superficie.
•Se debe hacer una predicción del cambio de
la presión causado por la columna de gas y por las pérdidas de fricción cerca de la válvula de BN, tanto bajo condiciones estáticas como dinámicas (fluyendo).
PRESION DE OPERACIÓN
Presión de apertura en el taller (P tro) Válvulas operadas por presión con carga de nitrógeno en domo Son aquellas válvulas cuyo diseño permite inyectar nitrógeno a presión al domo del fuelle de la válvula para proveerla de la fuerza necesaria a fin de mantenerla cerrada hasta que las fuerzas que tiendan a abrirla logren vencerla.
Presión de apertura en el taller (P tro) ¿Por qué Nitrógeno? •Se
encuentra fácilmente.
•No
es caro.
•No
es corrosivo.
•No
es inflamable.
•Se
conoce su factor de desviación Z a presión y temperatura
elevadas.
Presión de apertura en el taller (P tro)
Ptro
Pd @ 60 F
1 R
Para corregir la Pd a una temperatura de 60 [°F] se usa la ley de los gases reales de la siguiente manera:
Pd z d Td
Pd @ 60 F z 60 F (520 )
GAS A ALTA PRESIÓN
Presión de apertura en el taller (P tro) Entonces:
Pd @ 60 F
(520)z 60 F Pd
z d Td
Obviamente puede usarse cualquier temperatura base. Algunos fabricantes utilizan 80 [°F].
Tarea 7 - Resumen del artículo:
“ New
Developments To Improve Continuous-Flow
Gas Lift Utilizing Personal Computers ”. Z. Schmidt and D.R. Doty, U. of Tulsa. SPE 20677 AÑO 1990
EQUIPO No.1. 5 SEPTIEMBRE 2012
Tarea 8 - Resumen artículo: “Gas
lift Optimization in One Iranian South Western Oil
Field” . M.
Ebrahimi,
SPE,
ACECR-Production
Technology
Research Institute. SPE 133434 AÑO 2010
EQUIPO No.2. 5 SEPTIEMBRE 2012
Ejercicio 1.- Calcular las presiones en el fondo de un pozo considerando el gradiente de una columna de gas a las siguientes condiciones: Presión en la superficie = 850 psi. Profundidad = 9000 pies Densidades relativas del gas = 0.6, 0.75 y 0.95 Temperatura superficial = 95 F Temperatura en el fondo = 190 F 2.- Trazar los gradientes correspondientes (4 puntos)
Ejemplo 4 Sean los siguientes datos: Presión del gas en la superficie = 800 [psi] Presión de apertura en la superficie = Pso = 800 [psi] Densidad relativa del gas de inyección = 0.7 Temperatura superficial = 100 [°F] Temperatura @ 8000 [pie] = 180 [°F] Presión en la TP = Pt = 655 [psi] Diámetro exterior de la válvula = 1 ½ [pg] Área del asiento = ½ [pg2] R = 0.2562 Profundidad de la válvula = 8000 [pie] Carga de la válvula: Nitrógeno @ 60 [°F]
Determinar: • • • • • •
Presión de apertura de la válvula, Pvo Presión de cierre de la válvula, Pvc = Pd Amplitud de la válvula @ 8000 [pie] Presión superficial de cierre, Psc Amplitud de la válvula en la superficie (Ps) Presión de apertura en el taller, Ptro @ 60 [°F]
Solución a) La presión de apertura de la válvula a la profundidad de 8000 [pie] es igual a la presión superficial para abrir la válvula, más un incremento de la presión en el espacio anular a 8000 [pie] debido al gradiente de la columna de gas. La presión para abrir la válvula es: Pvo = Pso + P
Pso
De la figura 3A-1 se obtiene: Pvo
Solución
psi psi Pgraf 21 0.021 1000 pie pie 8000 100 70 1.6 100 149 F T graf 2
psi 149 460 Pcorreg 0.021 8000 pie 170.52 psi pie 140 460 Pvo 170.52 800 Pvo 970.52 psi
b) La presión de cierre en la válvula es igual a la presión en el domo, Pd @ 180 [°F].
Pvc P vo
Pd P d P t R 1 R
Pd Pvo (1 R ) Pt R Pvc 970.52(1 0.2562 ) 655(0.2562 ) Pvc 889.68 psi Pvc
c) La diferencia de presión a esta profundidad es igual a: Amplitud = Pvo-Pvc
ΔP
TEF (Pd - Pt)
P P vo P vc 970.52 889.68 80.84 psi o 0.2562 P TEF ( P vc P t ) 889.68 655 80.84 psi 1 0 . 2562
d) La presión superficial de cierre, Psc :
Pc Pvc Psc Psc Pvc Pc Psc Pvc ( Pvo Pso ) 889.68 (970.52 800) Psc 719.16 psi e) La amplitud de la válvula en la superficie es igual a la presión superficial de apertura menos la presión superficial de cierre:
Ps Pso Psc 800 719.16 80.84 psi
f) La presión del domo puede ser calculada utilizando la tabla 30.1 para una temperatura de la válvula de 180 [°F]:
0.795
P d @ 60 F C t P d @ 180 F
P
P d @ 180 F
vc
P d @ 60 F 0.795 P d @ 180 F
889.68 psi
P d @ 60 F 0.795(889.68) 707.30 psi Entonces :
P d @ 60 F P tro 1 R
707.30 1 0.2562
P tro 950.93 psi
Cálculo del gasto del gas de inyección y del diámetro del orificio de la válvula Las ecuaciones siguientes permiten calcular, respectivamente, el gasto del gas de inyección y el diámetro del orificio de una válvula. • Gasto de gas de inyección requerido:
qi
(qo )( RGAi)
Donde:
qo, gasto de aceite de diseño qi, gasto de gas de inyección RGAi, Relación gas-aceite inyectado
• Diámetro del orificio de la válvula:
do
4C d A 64 π
0.5
d o : en 64avos de pu lg ada
Cálculo del gasto del gas de inyección y del diámetro del orificio de la válvula Donde: C d A
k
q g
P 2 k P 2 64.34k 155 500 P 1 g (T 460)(k 1) P 1 P 1 2
c p cv
T, temperatura P1, presión corriente arriba P2, presión corriente abajo
k 1 k
0.5
Relación de calores específicos en función de la temperatura y la densidad relativa del gas
Especificaciones para válvulas CAMCO de bombeo neumático operadas por presión FUELLE Ab
VALVULA Ap
R
R=Ap/Ab Donde: Ap, es el área del asiento de la válvula. Ab, es el área efectiva del fuelle
Válvulas desbalanceadas Son aquellas que tienen un rango de presión limitado por una presión de apertura y por una presión inferior de cierre. Este tipo de válvulas se divide en: a) Válvula operada por presión del gas de inyección (válvula de presión). Sensible a la presión en TR. b) Válvula reguladora de presión (válvula proporcional). Sensible a la presión en TR o TP (cierre). c) Válvula operada por fluidos de la formación. Sensible a la presión en TP. d) Válvula combinada. Sensible a la presión en TP (apertura) y TR (cierre)
Válvulas desbalanceadas u operadas con presión Momentos antes de abrir
Pd Ab Pc
Ap Pt
Válvulas desbalanceadas u operadas con presión Momentos después de abrir
Pd Ab Pc Ap Pt
Válvula desbalanceada operada por fluidos de la formación (presión en la TP)
Esta válvula requiere un incremento en la presión de la TP para abrir y una reducción en la presión de la TP para lograr el cierre.
Válvula desbalanceada
Operada por el fluido de formación
Operada por el gas de inyección
Válvula desbalanceada operada por fluidos de la formación Válvula cerrada a punto de abrir: Fc P bt A b Pst ( A b A v ) Fo Pt ( A b A v ) Pg A v
Pt Pvo
P bt Pg R
1 R
Pst
VER NOMENCLATURA
Válvula abierta a punto de cerrar: Fc P bt A b Pst ( A b A v ) Fo Pt A b
Pt Pvc P bt Pst (1 R )
Clasificación de las válvulas de BN Las válvulas de Bombeo Neumático se clasifican en: Válvulas desbalanceadas. Válvulas balanceadas.
Válvulas balanceadas (operadas por presión en la TR) Este tipo de válvula no está influenciada por la presión en la TP cuando está en la posición cerrada o en la posición abierta. La presión en la TR (Pc) actúa en el área del fuelle durante todo el tiempo . Esto significa que la válvula cierra y abre a la misma presión (presión de domo). La amplitud (Spread) es cero Este tipo de válvulas abren y cierran a la misma presión. Controladas 100% por la presión de inyección.
Válvulas balanceadas (operadas por presión en la TR)
Válvulas balanceadas (operadas por presión en la TR)
Válvulas balanceadas (operadas por presión en la TR) Manga flexible, sella el domo de la válvula Haciendo un balance de fuerzas similar al de las válvulas desbalanceadas, se obtienen las ecuaciones tanto de apertura como de cierre para las válvulas balanceadas. Pvo = Pbt POSICIÓN CERRADA
POSICIÓN ABIERTA
Pvc = Pbt
Bombeo neumático intermitente
Bombeo neumático intermitente
Bombeo neumático intermitente
Bombeo neumático intermitente
Bombeo neumático intermitente
Bombeo neumático intermitente
Bombeo neumático intermitente
Bombeo neumático intermitente Básicamente existen dos tipos de bombeo intermitente: Punto único de inyección.Todo el gas se inyecta a través de la válvula operante. Punto múltiple de inyección.La expansión del gas actúa sobre el bache de aceite, empujándolo hacia una válvula posterior por medio de otra válvula que se encuentra inmediatamente debajo del bache.
Válvulas para bombeo neumático intermitente
CONSIDERACIONES: 1.- Para el bombeo neumático intermitente es básico utilizar válvulas con sección piloto (válvula piloto), ya que se requieren diámetros de puerto amplio. 2.- Se emplea un controlador del tiempo de ciclo en superficie. 3.- Se emplea una válvula motora en superficie.
Válvulas para bombeo neumático intermitente VÁLVULA PILOTO •
•
•
El puerto grande es usado para conducir el gas cuando la válvula abre. El puerto puede ser tan grande como sea posible hacerlo mecánicamente y no tiene que cambiarse para modificar la amplitud. En esta válvula el puerto pequeño es llamado orificio de control de la sección de control y el puerto grande para el suministro del gas es conocido como orificio motriz de la válvula motriz.
Válvulas para bombeo neumático intermitente •
•
•
La sección de control es la de una válvula desbalanceada. La presión de la tubería de producción y de revestimiento actúan en la sección de control. Cuando la válvula de control abre, la válvula motriz abre y cuando cierra, la válvula motriz cierra . El gas fluyendo a través de la pequeña apertura de la sección de control actúa en el pistón de la válvula motriz para abrirla. Cuando la válvula de control cierra, un resorte regresa la válvula motriz a la posición cerrada.
Sección de control
Válvulas para bombeo neumático intermitente
CONTROLADOR DEL TIEMPO DE CICLO: El controlador de ciclos es un controlador electrónico que tiene como función controlar la apertura y cierre de la(s) válvula(s) de control, según una programación de tiempo predeterminada. Existen tres tipos de controladores que permiten controlar el ciclo de la válvula motora de la línea de flujo y los cuales son: el controlador de tiempo de ciclo, el controlador de presión y el controlador electrónico.
VÁLVULA DE CONTROL O MOTORA Es un equipo de control en superficie que opera de manera automática por un controlador del tiempo de ciclo de inyección de gas.
Clasificación de las válvulas
Tarea 9 - Resumen artículo: “ Application
of Gas Lift to Heavy-Oil Reservoir in Intercampo Oilfield, Venezuela” SPE/PS-CIM/CHOA 97370 D. Hong’ en, C. Yuwen and H. Dandan 2005
EQUIPO No.3 12 Septiembre 2012
Tarea 10- Resumen artículo: “Auto, Natural, or In-Situ Gas Lift Systems Explained”
SPE 104202 Adam Vasper, SPE, Schlumberger 2008
EQUIPO No.4 12 Septiembre 2012
AVISO •
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•
•
•
El profesor se presentará el 10 de Septiembre. Se aplicará ese día un examen de lo visto hasta el 5 de septiembre, tendrá el valor del 50% del primer examen parcial de la materia. Para tener derecho a este examen se deberá cumplir lo establecido al inicio del curso en cuanto a asistencias, presentaciones en clase y tareas (hasta la tarea #8). No se permitirá el uso de formulario. Se resolverán dudas de lo visto en los Temas 1 y 2 el 5 de septiembre.
Descarga del pozo AL SEPARADOR ESTRANGULADOR
El método de descarga continua debe ser de operación ininterrumpida. Las válvulas se espacian de modo que el pozo se descarga por sí mismo, controlándose el gas en la superficie.
GAS DE INYECCIÓN
VÁLVULA SUPERIOR ABIERTA, 625 [psi]
SEGUNDA VÁLVULA ABIERTA, 600 [psi] TERCERA VÁLVULA ABIERTA, 575 [psi]
VÁLVULA OPERANTE ABIERTA, 550 [psi]
Descarga AL SEPARADOR ESTRANGULADOR GAS DE
El aparejo de producción tiene cuatro válvulas de BN y sus correspondientes presiones de operación son de 625, 600, 575 y 550 [psi].
INYECCIÓN
VÁLVULA SUPERIOR ABIERTA, 625 [psi]
SEGUNDA VÁLVULA ABIERTA, 600 [psi]
TERCERA VÁLVULA ABIERTA, 575 [psi]
VÁLVULA OPERANTE ABIERTA, 550 [psi]
Descarga
Paso 1. El gas se inyecta lentamente en el espacio anular. Inmediatamente el fluido de control empieza a salir por la TP.
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
Descarga Paso 2. A medida que al espacio anular se le aplica gas continuamente, la presión en la TR debe subir gradualmente para que el fluido siga ascendiendo por la TP.
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
Descarga Paso 3. La válvula número 1 (625 [psi]) no tarda en quedar al descubierto, ya que el gas pasa a la TP. Esto se observa en la superficie por el aumento instantáneo de la velocidad del flujo que sale por el extremo de la TP.
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
Descarga
Paso 4. La descarga del pozo es una mezcla de gas y líquidos, y la presión en la TR se estabiliza a 625 [psi], que es la presión de operación de la válvula 1.
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
Descarga Paso 5. La inyección de gas en el espacio anular hace que el nivel de líquido siga bajando hasta que la válvula 2 (600 [psi]) queda al descubierto debido a que el gradiente es aligerado considerablemente por el gas.
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
Descarga Por ejemplo, si el fluido de control tiene un gradiente de 0.5 [psi/pie], con la inyección de gas puede bajar a 0.1 [psi/pie] en la TP, con el consecuente cambio en el gradiente de presión, dependiendo a qué profundidad esté la válvula 1.
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
Descarga
Paso 6. Tan pronto la válvula 2 queda descubierta, el gas entra en ella a la profundidad de 2150 [pie]. Además, la presión en la TR baja a 600 [psi], ya que la válvula 2 funciona con 25 [psi] menos que la válvula 1.
CERRADA
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
Descarga Paso 7. El gas se inyecta continuamente hasta llegar a la tercera válvula y la operación se repite hasta llegar a la cuarta.
CERRADA
CERRADA
ABIERTA
CERRADA
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
Descarga La composición de los fluidos en la TP empieza a cambiar. Cuando esto ocurre, la producción de descarga del pozo tiende a bajar, hasta que se llega a la válvula de operación (cuarta válvula).
CERRADA
CERRADA
ABIERTA
CERRADA
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
Descarga
Paso 8. Tan pronto se llega a la válvula 4 (a 3306 [pie]), la TR se estabiliza a 550 [psi] de presión de operación en la superficie y el pozo entra en producción.
CERRADA
CERRADA
ABIERTA
CERRADA
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
DISEÑO DEL BOMBEO NEUMÁTICO CONTINUO
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC En el diseño de una instalación de BNC, primero debe localizarse el punto óptimo de inyección de la válvula operante. Procedimiento: 1. Graficar Graficar en papel papel con coord coordenadas enadas rectan rectangular gulares, es, la profundidad en el eje de las ordenadas (eje y), siendo igual a cero en la parte superior y presentando su valor máximo en el punto de referencia (empacador, intervalo medio productor).
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC 2. En el el eje eje de de las las absc abscisa isass grafi graficar car la pre presió siónn (ej (ejee x), x), con con cero en el origen hasta una presión máxima. 3. Traz Trazar ar la pr pres esió iónn es está tátitica ca (Pws) a la profundidad del intervalo medio productor. 4. A pa part rtir ir de dell IP IP,, ca calc lcul ular ar la Pwf correspondiente al gasto deseado (gasto de diseño) e indicar este valor a la profundidad de referencia.
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC
5. Partiendo de la Pws prolongar la línea del gradiente estático hasta intersecar el eje de las ordenadas; este punto corresponde al nivel estático dentro del pozo. 6. Desde el punto de la la Pwf , graficar el gradiente fluyendo abajo del punto de inyección. El punto en el cual el gradiente interseca al eje de las ordenadas es el nivel dinámico.. dinámico
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC
Pws Nivel estático Pr of .Total pie Grad . fluido Pwf Nivel dinámico Pr of .Total pie Grad . fluido
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC 7. Señalar Señalar en el el eje de las las abscis abscisas as la presión disponible y la presión de operación (presión superficial del gas de inyección). inyección). La presión de operación generalmente se fija 100 [psi] debajo de la presión disponible, y ésta, 50 [psi] debajo de la presión máxima del gas de inyección (presión de arranque). arranque). 8. Traz Trazar ar la lílíne neaa de de gradiente de gas correspondiente a la presión de operación y a la presión disponible hasta intersecar la línea del gradiente fluyendo establecido en el paso 6.
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC 9. Marcar Marcar el el punto punto dond dondee la pre presión sión de opera operació ciónn inters intersecta ecta la línea de gradiente fluyendo como el punto de balance entre la presión en el espacio anular y la presión en la TP. 10.Partiendo del punto de balance y sobre la línea de gradiente fluyendo, determinar el punto de inyección del gas restando 100 [psi] del punto de balance. 11.Marcar la presión de flujo en la TP (P wh) a la profundidad de cero. Esta presión es igual a cero si el pozo descarga al quemador y tiene un valor positivo si descarga al separador.
Determinación del punto de inyección óptimo en una instalación de BNC 12. Unir el punto punto de inyección inyección y la presión presión de flujo en la cabeza del pozo, seleccionando la curva de gradiente de presión o bien la correlación de flujo multifásico correspondiente; esta curva será la del gradiente fluyendo arriba del punto de inyección. inyección. Dicha curva proporciona la RGA total que se requiere para producir el pozo al gasto deseado o de diseño. La RGA inyectada es igual a la diferencia entre la RGA total y la de los fluidos de la formación. Si no se dispone de curvas de gradiente g radiente o de correlaciones de flujo multifásico, el punto de inyección y la P wh pueden unirse con una recta para propósitos de “espaciamiento de válvulas” .
0
P th 100
Presión [psi] P opPdisp 1000 800 900
500
0 1000 1206.52
2000 2293.48
100 [°F]
1500
2000
200 [°F] 2500
3000
Gradiente del gas de Inyección Nivel Estático Nivel Dinámico
P r o f u n d i d a d
Gradiente Fluyendo Arriba del Punto de Inyección
3000
[ p i e ]
4000
Punto de Inyección 5000
6000
Punto de Balance Gradiente Estático
7000
8000
Gradiente Fluyendo abajo del punto de Inyección 2100
100 [°F]
PUNTO DE INYECCIÓN
2500
200 [°F]
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE BNC CON VÁLVULAS BALANCEADAS
Diseño de BNC con válvulas balanceadas Después de determinar el punto de inyección, el espaciamiento de las válvulas balanceadas en una instalación de BN se determina de la siguiente manera: a) Trazar la línea del gradiente de fluido de control, partiendo de la Pwh. b) Extender la línea anterior hasta interceptar la línea de presión disponible del gas de inyección; esta profundidad corresponde a la posición de la primera válvula.
Diseño de BNC con válvulas balanceadas
c) Desde el punto anterior, trazar una línea horizontal hasta interceptar la línea de gradiente fluyendo arriba del punto de inyección. d) Del punto de intersección anterior, trazar una paralela a la línea de gradiente del fluido de control hasta interceptar la línea de gradiente de presión disponible menos 25 [psi]. Esta profundidad corresponde a la segunda válvula.
Diseño de BNC con válvulas balanceadas e) Reducir la presión en 25 [psi] del punto de intersección determinado en el paso anterior y trazar hacia abajo la línea de gradiente de presión del gas de inyección. f) Trazar una línea horizontal a la izquierda desde la posición de la válvula 2 hasta intersectar la línea de gradiente de flujo arriba del punto de inyección. g) Desde este punto, trazar una línea paralela al gradiente de fluido de control, hasta intersectar la nueva línea de gradiente de gas determinado en el paso (e); esta profundidad corresponde a la tercera válvula.
Diseño de BNC con válvulas balanceadas
h) Repetir el procedimiento descrito en los pasos e, f y g, hasta alcanzar el punto de inyección del gas. i) Colocar una o dos válvulas abajo del punto de inyección, previendo posibles reducciones en la presión media del yacimiento así como cambios en la productividad del pozo. i) Determinar el diámetro del orificio.
Diseño de BNC con válvulas balanceadas
k) Trazar la línea de gradiente geotérmico desde la temperatura de flujo en la superficie hasta la temperatura de flujo en el fondo del pozo. l) Determinar la temperatura correspondiente profundidad de colocación de cada válvula .
a la
m) Determinar la Pso de cada válvula, disminuyendo en 25 [psi] la presión entre válvula y válvula, iniciando para la primera con un valor igual a 25 [psi] abajo de la presión disponible del gas de inyección.
Diseño de BNC con válvulas balanceadas
n) Determinar la presión de calibración del domo a 60 [ºF]. o) Preparar una tabla final indicando: • Número de válvula • Profundidad • Temperatura • Pso (presión de apertura en superficie) • Pvo (presión de apertura en el fondo) • Presión del domo, Pd
0
P th 100
Presión [psi] Pdisp P op 900 1000 800
500
0 1000 1206.52
2000 2293.48
1500
100 [°F] 2000
200 [°F] 2500
3000
Gradiente del gas de Inyección Nivel Estático V1 Nivel Dinámico
Gradiente de Fluido de Control
P r o f u n d i d a d
Gradiente Fluyendo Arriba del Punto de Inyección V2
3000
[ p i e ]
V3
4000
Punto de Inyección
V4
5000
6000
Punto de Balance Gradiente Estático
7000
8000
Gradiente Fluyendo abajo del punto de Inyección 2100
100 [°F]
ESPACIAMIENTO DE VÁLVULAS BALANCEADAS
2500
200 [°F]
Tabla Final Válvula
Profundidad [pie]
T [ F] °
Pso [psi]
Pcorreg [psi]
Pvo [psi]
Ct
Pd [psi]
EJEMPLO DE DISEÑO DE BNC CON VALVULAS BALANCEADAS
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE BNC CON VÁLVULAS DESBALANCEADAS
Diseño de BNC con válvulas desbalanceadas Después de determinar el punto de inyección, el espaciamiento de las válvulas desbalanceadas en una instalación de BN se determina de la siguiente manera: a) Adicionar 200 [psi] a la presión en la cabeza del pozo (Pwh) y marcar este punto a la profundidad de cero. Trazar una línea recta desde este punto, al correspondiente punto de inyección de gas; esta línea representa la presión en la TP de diseño.
Pwh 0
100
300
P op 950
500
Presión [psi]
P disp 1000
1500
2000
2500
0
1000
2000 ] e i p [ d a d i d n u f o r P
Presión en la TP de Diseño
Nivel Dinámico
3000
4000 Punto de Inyección 5000
6000
Punto de Balance
7000
8000 2200
VALVULAS DESBALANCEADAS DE BNC
3000
Diseño de BNC con válvulas desbalanceadas b) Trazar la línea de gradiente de fluido de control, partiendo de la presión en la boca del pozo (Pwh) hasta interceptar la línea de gradiente que corresponde a la presión disponible del gas de inyección; este punto determina la profundidad de la primera válvula. c) Trazar una línea horizontal, desde el punto determinado en el paso anterior, hasta interceptar la línea que corresponde a la presión en la TP de diseño.
Pwh 0
100
300
P op 950
500
Presión [psi]
P disp 1000
1500
2000
2500
0
1000
2000 ] e i p [ d a d i d n u f o r P
Presión en la TP de Diseño
Nivel Dinámico
V1 3000
Presión en la TP fluyendo real
4000 Punto de Inyección 5000
6000
Punto de Balance
7000
8000 2200
VALVULAS DESBALANCEADAS DE BNC
3000
Diseño de BNC con válvulas desbalanceadas d) Desde la intersección anterior, trazar una paralela a la línea de gradiente del fluido de control hasta interceptar la línea correspondiente a la presión de operación del gas de inyección. Este punto determina la profundidad de la segunda válvula. e) Repetir el procedimiento anterior entre la presión en TP de diseño y la presión de operación del gas de inyección, hasta alcanzar el punto de inyección. f) Trazar el gradiente geotérmico entre la temperatura en la boca del pozo y la temperatura del fondo. g) Determinar las presiones en TP (diseño y fluyendo real) de cada válvula a la profundidad correspondiente.
Pwh 0
100
300
P op 950
500
Presión [psi]
P disp 1000
1500
100 [°F]
200 [°F]
2000
2500
3000
0 Gradiente del gas de Inyección
] e i p [ d a d i d n u f o r P
T v2
Gradiente de Fluido Para obtener las de Control Temperaturas Presión en la TP de Diseño
1000
2000
T v1
Nivel Dinámico
T v3 T v4
V1 3000
Presión en la TP fluyendo real V2
4000 V3 Punto de Inyección
Para Obtener Pt diseño para cada válvula Para obtener la Pt real para cada válvula
V4
5000
6000
Punto de Balance
7000
8000 2200
100 [°F]
VALVULAS DESBALANCEADAS DE BNC
200 [°F]
Diseño de BNC con válvulas desbalanceadas
h) Tabular la presión en TP de diseño y la presión fluyendo en TP real para cada válvula a la profundidad correspondiente. i) Fijar la presión superficial de apertura de la primera válvula de diseño (Pso diseño), 50 [psi] debajo de la presión disponible del gas de inyección.
Presión disponible = 1000 psi
Válvula
Profundidad [pie]
T [ F]
1
2600
141.25
2
3560
3
4
Pt
fluyendo/real
Pso diseño [psi]
660.86
528.69
950
157.50
800.00
720.00
940
4200
166.25
886.95
852.17
930
4600
173.13
956.52
956.52
920
diseño
[psi]
Pt
[psi]
°
Diseño de BNC con válvulas desbalanceadas j)
Seleccionar las presiones superficiales de apertura de diseño (Pso diseño) del resto de las válvulas, dejando una diferencia de 10 [psi] entre válvula y válvula, en forma decreciente y partiendo de la presión superficial de apertura de diseño de la primera válvula.
k) Determinar la presión de apertura de diseño de cada válvula (Pvo diseño) a la profundidad correspondiente, sumándole el peso de la columna de gas a cada válvula. l)
Utilizando la presión en la TP de diseño (Pt diseño), la presión de apertura de cada válvula (Pvo diseño) y el diámetro del orificio seleccionado (R ), calcular la presión de cierre frente a la válvula (Pvc), la cual es también la presión del domo (Pd @ Tv) PARA CADA VÁLVULA.
Especificaciones para válvulas CAMCO de bombeo neumático operadas por presión FUELLE Ab
VALVULA Ap
R
Válvula
Profundidad [pie]
T [ F]
Pso diseño [psi]
Pcorregida [psi]
Pvo diseño [psi]
1
2600
141.25
950
57.01
1007.01
2
3560
157.50
940
76.30
1016.30
3
4200
166.25
930
89.73
1019.73
4
4600
173.13
920
96.46
1016.46
°
PRESIÓN DEL DOMO:
Área del asiento de la válvula
R
A p Ab
Área efectiva del fuelle
Pd @ Tv= Pvo diseño (1 - R) + (Pt diseño)(R)
Diseño de BNC con válvulas desbalanceadas m) Calcular Psc:
Psc = Pvc - Pcorregida
Psc = Pd @ Tv - Pcorregida n) Determinar la presión del domo de cada válvula a 60 u 80 [ F]. o) Calcular la presión de apertura en el probador (taller) para cada válvula de 60 [°F] utilizando la siguiente expresión: °
Ptro
Pd @ 60
F
1 R
p) Determinar la presión de apertura real (Pvo real) de cada válvula a la profundidad correspondiente, utilizando la expresión de flujo real en la TP:
Diseño de BNC con válvulas desbalanceadas
Pvo
real
Pd @ Tv
R Pt 1 R
fluyendo
q) Determinar la presión superficial de apertura de cada válvula bajo condiciones reales de operación, previendo que no habrá interferencia entre válvulas.
Pso
real
Pvo real Pcorregida
Pvo diseño [psi]
Pd @ Tv [psi]
Psc [psi]
Pd @ 60 [ F] [psi]
Ptro [psi]
Pvo real [psi]
Pso real [psi]
1007.01
974.61
917.60
830.37
916.12
1020.66
963.65
1016.30
996.05
919.75
823.24
908.25
1024.56
948.26
1019.73
1007.30
917.57
819.94
904.61
1023.32
933.59
1016.46
1010.85
914.39
813.73
897.76
1016.46
920
°
r)
Presentar en dos tablas los resultados: Válvula
Pvo diseño [psi]
Profundidad [pie]
Pd @ Tv [psi]
T [ F] °
Psc [psi]
Pt diseño [psi]
Pt
fluyendo
[psi]
Pd @ 60 [ F] [psi] °
Ptro [psi]
Pso diseño [psi]
Pvo real [psi]
Pcorregida [psi]
Pso real [psi]
EJEMPLO DE DISEÑO DE BNC CON VALVULAS DESBALANCEADAS
EJEMPLO BN CON VALVULAS BALANCEADAS
1. Realizar el diseño y mostrar la tabla de resultados para una instalación de BNC con válvulas balanceadas, dados los siguientes datos: qo = 800 [bpd] (0% agua) Presión de Pws = 2500 [lb/pg2] operación=800 [lb/pg2] IP = 2 [bpd/ lb/pg2] Densidad del aceite = 35 API RGA de inyección= 400 pie3/bl TP = 2 ⅜ [pg] d.e. Profundidad media del intervalo disparado = 8000 [pie] Densidad del gas de inyección = 0.65 Pth =100 [lb/pg2] Temperatura superficial =100 [ F] Temperatura en el fondo del pozo = 200 [ F] Gradiente del fluido de control = 0.45 [lb/pg2 /pie] 0% agua. °
°
°
Solución a)Presión de fondo fluyendo: IP
qo
P wf P ws
P ws P wf
P wf 2500
800 2
qo IP
2100 lb / pg 2
b) Gradiente estático y gradiente fluyendo abajo del punto
de inyección: Para una densidad de 35 °API y con 0 % de agua, se obtiene un gradiente de 0.368 [psi/pie] (figura 3K ). Nivel estático Nivel dinámico
8000
2500 0.368
8000
2100 0 368
1206.52
pie
2293 .48
pie
Solución
c)Gradientes de gas a la presión de operación y a la presión disponible: De la gráfica 3A-1 Con 800 lb / pg 2 y con g 0.65, se tiene : P 19 lb / pg 2 por cada 1000 pie de profundida d
T calculada
profundidad 100 70 1.6 8000 100 100 149 F
100 70 1.6
2
2
Solución
T calculada 460 149 460 18.97lb / pg 2 P corregida P leída 19 1000 pie 150 460 T real 460
2 21 . 2 lb / pg Con 900 lb / pg 2 y con g 0.65, se tiene una P 1000 pie
149 460 P corregida 21.2 21.17 lb / pg 2 por cada 1000 pie 150 460
Solución Entonces, las líneas de gradiente del gas son: Profundidad [pie]
Pop [psi]
Pdisp [psi]
0
800
900
1000
818.97
921.17
2000
837.94
942.33
3000
856.91
963.50
4000
875.88
984.66
5000
894.84
1005.83
6000
913.81
1026.99
7000
932.78
1048.16
8000
951.75
1069.32
Solución d)Línea de gradiente del fluido de control: gradFc = 0.45 [psi/pie] Presión=Pwh+(gradFc)* (profundidad)
Profundidad [pie]
P [psi]
0
100
250
212.5
500
325.0
750
437.5
1000
550.0
1250
662.5
1500
775.0
1750
887.5
2000
1000.0
Solución e)Restándole 100 [psi] al punto de balance, se obtiene el punto de inyección, el cual está a una profundidad de 4300 [pie]. REALIZAR EL ESPACIAMIENTO DE TODAS LAS VALVULAS f) Presión de apertura de cada válvula a la profundidad correspondiente (Pvo) y presión de calibración del domo (Pd): Válvula 1 :
P vo
P so
P corregida
Con P so 875 lb / pg 2 y con g 0.65, se tiene : 20.7lb/pg 2 P 1000 pie
Solución 1850 100 70 1.6 100 99 .8 F T calculada 2
100 123.75 T real 2
111 .9 F
20.7 99.8 460 2 P corregida 1850 37 . 48 lb / pg 1000 111.9 460 P vo P so
P corregida 875 37.48 912.48 lb / pg 2
Solución
De la tabla 30.1, C t 0.8800
C P @ 123.75 F P d @ 60 F
t
P d (C t )( P vo @ 123.75 F )
vo
Entonces, P d (0.8800)(912.48) 802.99 lb / pg 2
OBTENER LA INFORMACIÓN PARA LAS DEMAS VALVULAS
A.- CONSTRUIR TABLA DE RESULTADOS B.- VER INFORMACIÓN DE LA ÚLTIMA VÁLVULA **VALVULA OPERANTE** g) Cálculo del gasto de gas: qgi = (RGAI)qo
Solución
Con la RGA de inyección de 400 [pie3 /bl] qgi = (400)*800 = 320 000 [pie3 /día] Factor de corrección del gasto de gas de inyección: Fc = 0.0544(g*T)0.5 = 0.0544[0.65(153.75+460)] 0.5 Fc = 1.086554039 Entonces, el gasto de gas de inyección corregido es: qgic = (320 000)(1.086554039) = 347697.2925 [pie3 /día]
Diámetro del orificio de la válvula Recordando que: C d A
k
q g
k P 2 64.34k P 2 155 500 P 1 g (T 460)(k 1) P 1 P 1 2
c p cv
T, temperatura P1, presión corriente arriba P2, presión corriente abajo
4C d A d o 64 π
0.5
d o : en 64avos de pu lg ada
k 1 k
0.5
Solución h) Diámetro del orificio.
Relación de calores específicos, con TPI = 153.75 [°F] g = 0.65, se obtiene que k = 1.26 (figura 2.20A) Pso C d A
347697.2925 2 1.26 1 1 . 26 1 .26 64 .34 (1.26 ) 800 800 155 500 (880.66 ) 880 .66 (0.65)(153 .75 460 )(1.26 1) 880 .66
C d A 0.022123906
Pvo 40.022123906 64
11 pg 3 pg 64 16
0 .5
0 .5
Solución
g) Resultados Válvula
Profundidad [pie]
T [ F]
Pso [psi]
Pcorreg [psi]
Pvo [psi]
Ct
Pd [psi]
1
1850
123.75
875
37.48
912.48
0.8800
802.99
2
3100
138.75
850
60.97
910.97
0.8555
779.34
3
3900
148.75
825
74.99
899.99
0.8400
755.99
4
4300
153.75
800
80.66
880.66
0.8325
733.15
5
4550
156.90
775
83.17
858.17
0.8270
709.70
°
0
P th 100
Presión [psi] Pdisp P so 900 1000 800
500
0 1000 1206.52
2000 2293.48
1500
100 [°F] 2000
200 [°F] 2500
3000
Gradiente del gas de Inyección Nivel Estático V1 Nivel Dinámico
Gradiente de Fluido de Control
P r o f u n d i d a d
Gradiente Fluyendo Arriba del Punto de Inyección (RGAI=400) V2
3000
[ p i e ]
V3
4000
Punto de Inyección
V4
5000
6000
Punto de Balance Gradiente Estático
7000
8000
Gradiente Fluyendo abajo del punto de Inyección 2100
100 [°F]
VÁLVULAS BALANCEADAS DE BNC (EJEMPLO)
2500
200 [°F]
Tarea 11.- EQUIPO No.5. 17 Septiembre 2012
a).-Realizar el ejercicio de clase completo.
b).-Realizar el diseño de una instalación de BNC con válvulas balanceadas operadas por presión de gas de inyección, bajo las características siguientes (presentar tabla de resultados): INFORMACIÓN:
qo = 700 [bpd] (95% agua) Presión superficial disponible = 900 [lb/pg2] Pws = 2900 [lb/pg2] IP = 7 [bpd/ lb/pg2] Densidad del aceite = 40 API TP = 2 3/8 [pg] d.e. (1.995 pg. d.i) Profundidad media del intervalo disparado = 8000 [pie] Densidad del gas de inyección = 0.65 Pth =100 [lb/pg2] Temperatura superficial =150 [ F] Temperatura en el fondo del pozo = 210 [ F] Gradiente del fluido de control = 0.5 [lb/pg2 /pie] RGA de inyección de 500 [pie3/bl] °
°
°
EQUIPO: 2 alumnos
EJEMPLO BN CON VALVULAS DESBALANCEADAS 1. Realizar el diseño y mostrar las tablas de resultados para una instalación de BNC con válvulas desbalanceadas, dados los siguientes datos: qo = 2000 [bpd] (0 % de agua) Tfondo = 228 [ F] Pdisponible = 1000 [psi] P en la válvula operante = 100 [psi] Pop = 950 [psi] Tcalculada en el taller = 60 [ F] Pwh = 100 [psi] RGAN = 200 [pie3 /bbl] del gas de inyección = 0.65 RGAT= 350 pie3/bbl Densidad del fluido de control = 0.85 TR = 6 ⅝ [pg] TP = 2 ⅞ [pg] Profundidad media del IP = 8000 [pie] Twh =100 [ F] °
°
°
IP= 2.5 (bpd/psi)
DENSIDAD DEL ACEITE= 35 API
EMPLEAR VALVULAS CAMCO sin resorte
Pws= 3000 (psi)
Presentar estos resultados con el método gráfico: Válvula
Pvo diseño [psi]
Profundidad [pie]
Pd @ Tv [psi]
T [ F] °
Psc [psi]
Pt diseño [psi]
Pt
fluyendo
[psi]
Pd @ 60 [ F] [psi] °
Ptro [psi]
Pso diseño [psi]
Pvo real [psi]
Pcorregida [psi]
Pso real [psi]
Solución a)Con el IP, se obtiene Pwf para un gasto de 2000 [bpd]. Pwf
Pws
qo IP
3000
2000 2 .5
2200 psi
b) Nivel dinámico y gradiente fluyendo abajo del punto de inyección: Para una densidad relativa del aceite de 0.85 (aproximadamente 35 °API) y con 0 % de agua, se obtiene un gradiente de 0.368 [psi/pie] (figura 3K ). 2200 Nivel dinámico 8000 2021.74 pie 0.368
Solución
c) Gradientes de gas a la presión de operación y a la presión disponible: De la gráfica 3 A 1 :
Con 950 lb / pg 2 y con g 0.65, se tiene :
22.5 lb / pg 2 P 1000 pie
8000 100
100 70 1.6 T calculada
2
149 F
Solución
149 460 21.96lb / pg 2 T calculada 460 P corregida P leída 22.5 1000 pie 164 460 T real 460
Con 1000 psi y con g 0.65, se tiene una P 149 460 22.94lb / pg 2 P corregida 23.5 1000 pie 164 460
23.5 lb / pg 2
1000 pie
Solución Entonces, las líneas de gradiente del gas pueden trazarse de la siguiente manera: • Presión de operación:
Para 0 [pie], Pso = 950 [psi] Para 8000 [pie], Pso = 950 + (8*21.96) = 1125.67 [psi] • Presión disponible:
Para 0 [pie], Pdisp = 1000 [psi] Para 8000 [pie], Pdisp = 1000 + (8*22.94) = 1183.48 [psi] En la tares, realizar la tabla de Profundidades vs Presiones. Comparar las líneas de gradientes obtenidas de las dos formas
Solución d) De la intersección del gradiente de presión de operación con el gradiente dinámico se obtiene el punto de balance, el cual se encuentra a una presión de 1056.52 [psi]. Restando 100 [psi] al punto de balance sobre la línea de gradiente dinámico, se obtiene el punto de inyección a 4600 [pie] con una presión de 956.52 [psi] FLUIDO DE CONTROL:
g Fc 0.85 Fc 0.85 3 cm En la tarea, explicar como se obtiene el gradiente 3 2 1 pie g 30 .48 cm 1 lb 0.85 3 cm 1 pie 453 .59237 g 12 pg psi Entonces , grad Fc 0.37 pie
Solución e) Línea del gradiente del fluido de control: gradFc = 0.37 [psi/pie] Presión = Pwh + (gradFc)(profundidad) Profundidad [pie] 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000
P [psi] 100 192.5 285.0 377.5 470.0 562.5 655.0 747.5 840.0
Solución Mediante la gráfica se obtienen los siguientes resultados:
Válvula
Profundidad [pie]
T [ F]
1
2600
141.25
660.86
528.69
950
2
3560
157.50
800.00
720.00
940
3
4200
166.25
886.95
852.17
930
4
4600
173.13
956.52
956.52
920
°
Pt
diseño
[psi]
Pt
fluyendo
[psi]
Pso diseño [psi]
Solución f) Presión de apertura de cada válvula a la profundidad correspondiente (Pvo): Válvula 1 :
Con P so 950 psi y con g 0.65, se tiene :
P
1000 pie
T calculada T real
2
22.5 lb / pg
2600 100 70 1.6 100 2
100 141.25 2
120.6 F
105.8 F
Solución 22 .5 105 .8 460 P corregida 2600 57 .01 psi 1000 120 .6 460
P vo P so P corregida 950 57 .01 1007.01 psi
Resultados: Válvula
Profundidad [pie]
T [ F]
Pso diseño [psi]
Pcorregida [psi]
Pvo diseño [psi]
1
2600
141.25
950
57.01
1007.01
2
3560
157.50
940
76.30
1016.30
3
4200
166.25
930
89.73
1019.73
4
4600
173.13
920
96.46
1016.46
°
Solución g) Cálculo del gasto de gas:
qgi = (RGAT-RGAN)*qo qgi = (350-200)*2000 = 300 000 [pie3 /día] Factor de corrección del gasto de gas de inyección: Fc=0.0544(g*T)0.5=0.0544[0.65(173.13+460)]0.5= 1.103575434 Entonces, el gasto de gas de inyección corregido es: qgic = (300 000)(1.103575434) = 331 072.6301 [pie3 /día] h) Diámetro del orificio.
Válvula inyección
Relación de calores específicos, con TPI = 173.13 [°F] y g = 0.65, se obtiene que k = 1.255 (figura 2.20A)
Relación de calores específicos en función de la temperatura y la densidad relativa
Cálculo del diámetro del orificio de la válvula • Diámetro del orificio:
do
4C d A 64 π
0.5
d o : en 64avos de pu lg ada
Cálculo del diámetro del orificio de la válvula válvu la Donde: C d A
k
q g
P 2 k P 2 64.34k 155 500 P 1 g (T 460)(k 1) P P 1 1 2
c p cv
T, temperat temperatura ura P1, presión corriente arriba P2, presión corriente abajo
k 1 k
0.5
Solución Pt diseño C d A
331072.6301 2 1.2551 1 . 255 1 . 255 64.34(1.255) 956.52 956.52 155 500(1016.46) ( 0 . 65 )( 173 . 13 460 )( 1 . 255 1 ) 1016 . 46 1016 . 46
C d A 0.022623441
Pvo diseño 40.022623441 64
11 64
pg
3 16
pg
0.5
0.5
Especificaciones para válvulas CAMCO de bombeo neumático operadas por presión FUELLE Ab
VALVULA Ap
R
Solución Haciendo uso de las tablas CAMCO, las válvulas que más se aproximan son las de 3 pg 16
Seleccionando válvulas AK sin resorte y del diámetro mencionado: Del catalogo del fabricante:
Ab
0.3109 y A P 0.0291
Entonces : R
R 0.09360
A p Ab
0.0291 0.3109
Solución i) Con los resultados anteriores, puede continuarse con el
cálculo de la presión del domo a la temperatura de cada válvula.
Pd @ Tv= Pvo diseño (1 - R) + (Pt diseño)(R) j) Para obtener la presión superficial de cierre (Psc), se utiliza
la siguiente ecuación:
Psc = Pd @ Tv - Pcorregida Pcorregida
CALCULADA ANTERIORMENTE f).-
Solución k) Utilizando el factor de corrección por temperatura para
cada válvula, se obtiene el valor de la presión de cierre a 60 [°F].
Pd @ 60 [°F] = Pd @ T V * Ct l) Para calcular la presión de apertura en el taller para cada
válvula @ 60 [°F] (Ptro) se utiliza la siguiente expresión:
Ptro
Pd @ 60 F 1 R
Solución m) Para determinar la presión de apertura de cada válvula a la
profundidad correspondiente, se hace mediante la ecuación: Pd @ Tv R Pt fluyendo Pvo real 1 R
n) La presión superficial de apertura de cada válvula bajo
condiciones reales de operación se calcula mediante la siguiente expresión:
Pso
real
Pvo real Pcorregida
Resultados [psi]
Pso diseño [psi]
Pcorregida [psi]
660.86
528.69
950
57.01
157.50
800.00
720.00
940
76.30
4200
166.25
886.95
852.17
930
89.73
4
4600
173.13
956.52
956.52
920
96.46
Pvo diseño [psi]
Pd @ Tv [psi]
Psc [psi]
Pd @ 60 [ F] [psi]
Ptro [psi]
Pvo real [psi]
Pso real [psi]
1007.01
974.61
917.60
830.37
916.12
1020.66
963.65
1016.30
996.05
919.75
823.24
908.25
1024.56
948.26
1019.73
1007.30
917.57
819.94
904.61
1023.32
933.59
1016.46
1010.85
914.39
813.73
897.76
1016.46
920
Válvula
Profundidad [pie]
T [ F]
Pt diseño [psi]
1
2600
141.25
2
3560
3
°
Pt
°
fluyendo
Pwh 0
100
300
P so 950
500
Presión [psi]
P disp 10000
1500
100 [°F]
200 [°F]
2000
2500
3000
0 Gradiente del gas de Inyección
] e i p [ d a d i d n u f o r P
T v2
Gradiente de Fluido Para obtener las de Control Temperaturas Presión en la TP de Diseño
1000
2000
T v1
Nivel Dinámico
T v3 T v4
V1 3000
Presión en la TP fluyendo real V2 (RGAT=350)
4000 V3 Punto de Inyección
Para Obtener Pt diseño para cada válvula Para obtener la Pt real para cada válvula
V4
5000
6000
Punto de Balance
7000
8000 2200
100 [°F]
VALVULAS DESBALANCEADAS DE BNC (EJEMPLO)
200 [°F]
Tarea 12.- EQUIPO No.6.
24 Septiembre 2012
a).- Realizar el ejemplo completo de clase b).- Diseñar la instalación de BNC con válvulas desbalanceadas considerando la siguiente información. Proporcionar todos los resultados obtenidos en el ejemplo de clase (gráfico y tablas), además del tipo de válvula más adecuada (considerar válvulas CAMCO). qo = 1000 [bpd] (90 % de agua) Tfondo = 200 [ F] Pdis= 900 psi P en la válvula operante = 100 [psi] Pop = 850 [psi] Tcalculada en el taller = 60 [ F] Pwh = 100 [psi] RGA inyección = 150 [pie3 /bbl] del gas de inyección = 0.65 Gradiente del fluido de control = 0.5 psi/pie TR = 7 [pg] 7/8 [pg] (2 ½ pg. d.i.) TP = 2 Profundidad = 8 000 [pie] Twh =130 [ F] °
°
°
IP= 1.0 (bpd/psi)
DENSIDAD DEL ACEITE= 35 API
Pws= 3300 (psi)
EQUIPO: 2 alumnos
Tarea 13- Resumen artículo: “Stability Maps for Continuous Gas-Lift Wells: A New
Approach to Solving an Old Problem” SPE 90644 Y.V. Fairuzov, SPE 2004
EQUIPO No.1 24 Septiembre 2012
DIAGNÓSTICO DE FALLAS DEL BN
Diagnóstico de Fallas Mediante el análisis de las presiones superficiales en las tuberías de revestimiento y producción, se pueden diagnosticar muchos problemas. Este análisis permite corregir problemas existentes sin necesidad del empleo de registros subsuperficiales o de la realización de reparaciones al aparejos de producción. Las gráficas empleadas pueden utilizarse para el análisis de instalaciones de bombeo neumático continuo e intermitente.
Diagnóstico de Fallas
Una instalación de BN siempre debe contar con un registrador de presión.
TOMA DE LA PRESIÓN EN TP
TOMA DE LA PRESIÓN EN TR
Es posible determinar:
Diagnóstico de Fallas en el fondo
a) Secuencia de la descarga del pozo. b) Operación de la válvula operante. c) Fugas en el aparejo de producción. d) Incremento excesivo de la presión en la TR durante la inyección. e) Apertura de una o más válvulas por ciclo de inyección. f) Apertura y cierre de la válvula operante en flujo continuo.
Diagnóstico de Fallas en la superficie Con las presiones superficiales en TR y TP se pueden determinar también: a) Fugas en el asiento de la válvula motora del control de tiempo en el BNI. b) Fallas mecánicas del sistema de relojería en el BNI.
BOMBEO NEUMÁTICO INTERMITENTE
Diagnóstico de Fallas en la superficie Con las presiones superficiales en TR y TP se pueden determinar también: c) Congelamiento en la línea de inyección de gas. d) Pérdidas de presión en la línea de inyección. e) Volumen de gas de inyección inadecuado en el sistema. f) Excesiva contrapresión en la cabeza del pozo.
COMPARACIÓN EN POZO RODADOR 519
PRIMER EXAMEN PARCIAL (DISEÑO BNC) 26 DE SEPTIEMBRE 2012
FIN19 DEL TEMA 2 Septiembre 2012
Nomenclatura Ab = área efectiva del fuelle, [pg2] Ap = Av = área del asiento de la válvula, [pg2] Pbt = presión interna del domo de la válvula a la temperatura base, [psi] Pc = presión en la TR requerida para abrir la válvula bajo condiciones de operación, [psi] Pd = presión interna del domo de la válvula a la temperatura de operación, [psi] Pg = presión del gas de inyección en el espacio anular frente a la válvula, [psi] Po = presión de apertura de la válvula en el probador a la temperatura base, [psi]
Nomenclatura Psc = presión del gas de inyección en la superficie para cerrar la válvula, [psi] Pso = presión del gas de inyección en la superficie para abrir la válvula, [psi] Pst = presión equivalente causada por la fuerza del resorte aplicada sobre el área (Ab - Av), [psi] Pt = presión en la TP frente a la válvula, [psi] Ptro = presión de apertura de la válvula en el taller, [psi] Pvo = presión del gas de inyección frente a la válvula en el momento de abrir, [psi]
