Análisis del límite mecánico de los sistemas de extracción … · Evolución de los SEA- tasa...

AnAnáálisis del llisis del líímite mecmite mecáánico de los nico de los sistemas de extraccisistemas de extraccióón artificial en la n artificial en la Cuenca del Golfo San JorgeCuenca del Golfo San Jorge

por

Marcelo HirschfeldtOilProduction.net

Jornadas de Producción IAPG – Agosto de 2008- Argentina

Jornadas de Producción IAPG – Agosto de 2008- Argentina

Objetivos principales de esta presentaciObjetivos principales de esta presentacióónn

• Se toma como referencia la información de alrededor de 9,000 pozos (Caudal vs profundidad de instalación)

• Se analizará alguna de las razones de éstos límites y alguna de las mejores prácticas en la selección de materiales, nuevas tecnologías y criterios de operación.

•• RealizarRealizar un un ananáálisislisis de los de los llíímitesmites mecmecáánicosnicos de los de los principalesprincipales sistemassistemas de de extracciextraccióónn artificial de la artificial de la CGSJCGSJ

•• EstablecerEstablecer unauna guguííaa parapara futurosfuturos ananáálisislisis de de cadacadasistemasistema

SouthSouthAmericaAmerica

ArgentinaArgentina

Buenos AiresBuenos Aires

GOLFO SAN JORGE GOLFO SAN JORGE BASINBASIN

La cuenca del Golfo San JorgeLa cuenca del Golfo San Jorge-- CGSJCGSJ

Marcelo Hirschfeldt - www.oilproduction.net

Sistemas de ExtracciSistemas de Extraccióón Artificial en la n Artificial en la Cuenca del Golfo San JorgeCuenca del Golfo San Jorge


DistribuciDistribucióón de los principales SEA en la CGSJn de los principales SEA en la CGSJ

SRPSRP –– 76.4 %76.4 % -- 9,5619,561

PCPPCP –– 12.8 %12.8 % -- 1,6071,607

ESPESP –– 10,6 %10,6 % -- 1,3231,323

TotalTotal –– 12,516 12,516 pozos con SEASegún Secretaría de Energía de la República Argentina- Abril de 2008


7.000

8.000

9.000

10.000

11.000

12.000

13.000En

e-99

Jul-9

9

Ene-

00

Jul-0

0

Ene-

01

Jul-0

1

Ene-

02

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2

Ene-

03

Jul-0

3

Ene-

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Jul-0

4

Ene-

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Jul-0

5

Ene-

06

Jul-0

6

Ene-

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Jul-0

7

Ene-

08

Núm

ero

de p

ozos

act

ivos

Beam Pumping ESP PCP

EvoluciEvolucióón de los SEAn de los SEA-- tasa de crecimiento anualtasa de crecimiento anual

7.1 %

8.7 %

3.6 %

Conceptos del levantamiento artificialConceptos del levantamiento artificial

Q

PwfPe

P2

P1

P3

HHP = Q x P

P= P1+ P2+ P3

HHP = Potencia hidráulica requerida para elevar el fluido desde el fondo del pozo hacia la superficie

Prime Mover Conversor Transmisión Bomba

Energía Caudal

Elementos en un sistema de extracciElementos en un sistema de extraccióónn

eléctrico sumergible

Sello Ejes Centrífuga multietapa

ESPX X

X X X

PCP eléctrico o CI Cabezal Varillas de bombeo

Cavidades progresivas

X

XX X

X restringido por temperaturaX restringido mecánicamente

Analizado en el contexto de la CGSJ y las experiencias registradas en la misma

SRP eléctrico o CIUnidad de bombeo

Varillas de bombeo

mecánica (pistón-barril)

X XX


RestricciRestriccióón principal en pozos de la Cuenca del Golfo San n principal en pozos de la Cuenca del Golfo San Jorge para los SEAJorge para los SEA

Casing 5 ½”

BME

Tubing 27/8”

Varillas 1”cuplas slim hole

En CGSJ, debido a las múltiples capas productivas, se suele instalar equipos por debajo de los punzados obligando a usar camisas de 41/2” y Motores S375

Bombas TH

ESP

Tubing 27/8”

Motores S456

Bombas S400

PCP

Tubing 27/8”

Varillas 1” cuplasslim hole

Bombas con housing 4 – 41/2”

Alrededor del 97 % de los pozos

El factor temperaturaEl factor temperatura


El factor temperatura El factor temperatura -- Gradiente geotGradiente geotéérmicormico

Gradientes obtenidos de perfiles con wireline, registros de sensores de fondo en bajadas de equipos PCP y correlaciones realizadas por profesionales de la cuenca

Gradiente geotérmico CGSJ- °C/m

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

180,0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Profundidad- m

Tem

pera

tura

- G

rado

s C

promedio- 0,0395perfil- 0,0353perfil- 0,0374perfil- 0,0384correlación- 0,040correlación- 0,0464

Las acciones que se han tomado y se siguen tomando en la CGSJ están

orientadas a :

• Implementar nuevos diseños de instalaciones de fondo y superficie

• Incorporar nuevos materiales y desarrollos

• Adoptar distintos criterios de operación de cada sistema

En resumenEn resumen


0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

0 100 200 300 400 500 600

Caudal - m3/d

Prof

undi

dad-

m

Bombeo mecánicoPCPESP

Sistemas de extracciSistemas de extraccióón n –– Caudal Caudal vsvs ProfProf . CGSJ. CGSJ9,000 pozos representados9,000 pozos representados

Debido a que no todos estos pozos tienen sus niveles dinámicos cerca de la bomba (condición óptima y extrema) es que se pueden encontrar equipos instalados y operando con Q y profundidad por encima de los límites recomendados

Bombeo Mecánico


Bombeo mecBombeo mecáániconico

La Principal restricción en la CGSJ es el diámetro del casing

a partir de esto surgieron las siguientes alternativas:

CSG: 51/2”

Tubing: 27/8”

Varilla: 1”

• Varillas de bombeo con pin de mayor diámetro

• Varillas alta resistencia

• Varillas con uniones Premium

• Varillas continuas

0

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1.000

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3.500

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Caudal - m3/d

Prof

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Bombeo mecBombeo mecáánico nico –– Caudal Caudal vsvs Prof. de instalaciProf. de instalacióónn

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2.500

3.000

3.500

0 100 200 300 400 500 600

Caudal - m3/d

Prof

undi

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Bombeo mecBombeo mecáánico nico –– Caudal Caudal vsvs Prof. de instalaciProf. de instalacióónn

Profundidad máxima limitada por la profundidad de los pozos

Límite estimado de varillas Grado D: Se toma como referencia el 100 % de Goodman de las varillas convencionales

Límite estimado de varillas alta resistencia y pines de mayor diámetro : Se toma como referencia el 100 %

Posibles aplicaciones para roscas premium y varillas continuas

Que se hace desde superficie ?Que se hace desde superficie ?

En la actualidad se están utilizando unidades de carrera larga y bajos Golpes por minuto para disminuir las cargas dinámicas.

Por ejemplo unidades:

288 “ de carrera

4 GPM

Nuevas tendencias en superficieNuevas tendencias en superficie

Unidades Hidráulicas nacionales

Unidades Hidráulicas Dynapump


Bombeo Electrosumergible (ESP)


ESP ESP –– LLíímites mecmites mecáánicosnicos

Comienzan a aparecer algunas limitaciones en motores S375 cuando se utilizan con camisas de 4 ½”

Principalmente en la transferencia de potencia desde el motor hacia la bomba (ejes y cupling), debido a la disminución de los diámetros de los mismos.

MotoresMotores

Otros elementosOtros elementosSellos: Si bien la capacidad de carga axial y transmisión de

potencia (eje) varía en función del diámetro del mismo (serie), no existen limitaciones que restrinjan su instalación

No se registrarían limitaciones en Motores S456

Bombas: No se superaría la presión de los housingdisponibles en el mercado


ESP y la temperaturaESP y la temperatura

El límite de temperatura está dado principalmente por la resistencia a la temperatura de los aislantes de los bobinados y de algunos componentes como el “pothead”

MotoresMotores

Max Max temptemp de de alguno de los alguno de los componentes componentes

del motordel motor

Incremental de Incremental de temptemp refrigerado refrigerado

por 100% Wpor 100% W

Incremental de Incremental de temptemp

refrigerado por refrigerado por 100% oil100% oil

170-200 °C + 35-40 °C+ 10-15 °C

Se ha comenzado a fabricar y utilizar en la CGSJ motores con bobinados aislados con PolyEtherEtherKetone aumentando éste límite de temperatura, principalmente la confiabilidad minimizando la degradación del bobinado y del motor en si.


0

500

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Caudal - m3/d

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Bombeo Bombeo ElectrosumergibleElectrosumergible

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Caudal - m3/d

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Bombeo Bombeo ElectrosumergibleElectrosumergible

127 Hp - posible barrera para motores TR3

10 a 40 °C

Gradiente geotérmico [ 0,0039 °c/m]

Incremental de temperatura del Motor

+- 110 °C

Bombeo de Cavidades Progresivas


La Principal restricción en la CGSJ es el diámetro del casing

a partir de aquí surgieron alternativas como:

CSG: 51/2”

Tubing: 27/8”

Varilla: 1”

• Varillas alta resistencia

• Varillas huecas (hollow rod)

• Varillas continuas

Límite de torque máximo aproximado de una varilla

Grado D 1” es de 850 lb x ft

Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP)

Torque = K x HP / RPM

elastelastóómeromero

Max Max temperatura temperatura

segsegúún n catcatáálogoslogos

[[°°CC ]]

Incremental de Incremental de temperatura en temperatura en

el centro del el centro del llóóbulo bulo [[°°CC ]]

Posible Posible Temperatura Temperatura

de fondo de fondo admisible admisible

[[°°CC ]]

Posible profundidad máxima de

instalación. Con gradiente 0,0390

[[°°CC ]]

HNBRNBR

2013090 20

11070

2821 (*)1795

(*) Si bien la temp. de elastómero permitiría llegar a esta profundidad, se debería evaluar previamente la calidad de fabricación del estator y los ajustes entre rotor y estator, ya que los mismos son muy susceptibles en estas condiciones de temperatura.

Delta T hasta 20 °C

El bombeo de CP y la temperaturaEl bombeo de CP y la temperatura

0

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Caudal - m3/d

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1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

0 100 200 300 400 500 600

Caudal - m3/d

Prof

undi

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m


+- 80 ºC


Gradiente geotérmico [ 0,0039 °c/m]

Según las RPM de operación, se llega a las tensiones máximas admisibles en varillas de 1”. Además se necesita un buen ajuste rotor-estator, asi como una alta calidad en la fabricación de equipos de fondo

Zona estimada de trabajo para varillas 1”Grado D- Torque

máximo 850 lbxft

Torque = K x Hp/ RPMEl rango de aplicación se va incrementando (mayor caudal y profundidad) a partir de la aparición de varillas especiales y nuevos diseños de bombas y criterios de operación a RPM superiores a 500

ConclusionesEl diámetro de casing mayoritario, ofrece restricciones

importantes a la hora de incrementar la capacidad de extracción de los sistemas

En BME, la aparición de roscas premium así como las varillas continuas, incrementa el rango de aplicación del sistema. También juega un papel importante las unidades de bombeo de carrera larga (Hidráulicos- Rotaflex-Dynapump en el futuro)

En ESP, el gran desafío lo tienen los equipos TR3 para poder seguir aumentando su capacidad de transmitir potencia.

El límite de temperatura y la confiabiidad de los motores a temperaturas elevadas empieza a aumentar con los bobinados PEEK

En PCP, se comienzan a romper barreras con la aparición de barras huecas y varillas continuas, y el aumento de las RPM por encima de los regímenes clásicos.


Marcelo Hirschfeldt

[email protected]

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Argentina

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