LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS LIFT

INTRODUCCION

UNO DE LOS PROCESOS MÁS IMPORTANTES DEL NEGOCIO UNO DE LOS PROCESOS MÁS IMPORTANTES DEL NEGOCIO PETROLERO ES LA PRODUCCIÓN DE CRUDOS, PARA LO CUAL SE PETROLERO ES LA PRODUCCIÓN DE CRUDOS, PARA LO CUAL SE VALE DE DIVERSOS MÉTODOS DE EXTRACCIÓN. LAS FUENTE VALE DE DIVERSOS MÉTODOS DE EXTRACCIÓN. LAS FUENTE PRINCIPAL DE ENERGÍA QUE PERMITE QUE UN POZO PRODUZCA PRINCIPAL DE ENERGÍA QUE PERMITE QUE UN POZO PRODUZCA POR FLUJO NATURAL ES: PRESIÓN y Gas. GENERALMENTE, ESOS POR FLUJO NATURAL ES: PRESIÓN y Gas. GENERALMENTE, ESOS POZOS DEJAN DE FLUIR NATURALMENTE POR UNA DECLINACIÓN POZOS DEJAN DE FLUIR NATURALMENTE POR UNA DECLINACIÓN DE LA PRESIÓN DEL YACIMIENTO. NO OBSTANTE, PUEDEN SER DE LA PRESIÓN DEL YACIMIENTO. NO OBSTANTE, PUEDEN SER RETORNADOS A SU PRODUCCIÓN MEDIANTE DIFERENTES RETORNADOS A SU PRODUCCIÓN MEDIANTE DIFERENTES MÉTODOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL, ENTRE LOS CUALES MÉTODOS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL, ENTRE LOS CUALES

HABLAREMOS EN ESTE CASO DE EL LEVANTAMIENTO POR HABLAREMOS EN ESTE CASO DE EL LEVANTAMIENTO POR GAS GAS .

INTRODUCCION

El flujo de fluidos hacia los pozos se origina por la diferencia de

Presiones entre la presión del reservorio y la presión de fondo del Pozo.

Las dos fuentes principales de energía para mantener el flujo en un

pozo son el gas y la presión .Algunos pozos producen de reservorios de petróleo

con empuje hidrostático , con alta presión de fondo fluyente.

Otros, en cambio , producen con baja presión de fondo y con alta

relación de gas liquido (250–400 pie/bl/1000’), en este caso el desplazamiento

del petróleo es por empuje de gas .

Si , un pozo tiene energía propia para mover y descargar los fluidos

hasta la superficie el pozo es ‘ surgente natural’.

POZOS DE FLUJO EN SURGENCIA NATURAL

INTRODUCCION

Generalmente un pozo surgente deja de fluir cuando aumenta su porcentaje de agua y/o declina su presión de fondo fluyente. En estecaso es necesario inducir el flujo para prolongar la vida surgente del pozo o instalar equipo de bombeo artificial.

Para inducir el flujo es necesario primero determinar si el pozo tieneaun energía suficiente para levantar los fluidos hasta la superficie yluego decidir que equipo (tubería de producción , empaque , tuberíade flujo, estrangulador) es necesario instalar o que cambios sepodrían hacer para volverlo al estado de surgente natural.

Historia típica de producción-presión para varios mecanismos de producción

020406080

100

0 6 9 10 13 18 20 28 32 40 60 70 80 90 100

Petróleo producido, % del petróleo original

Pres

ión

del

yacimient

o, %

de

la

original

Gas disuelto Capa de gas Empuje de agua

INICIOINICIO

FLUJO NATURALOCURRE CUANDO LA ENERGÍA DEL YACIMIENTO

ES SUFICIENTE PARA COMPLETAR EL PROCESO DE PRODUCCIÓN.

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL

FUENTE EXTERNA DE ENERGÍA PARA EL LEVANTAMIENTO DEL FLUIDO DESDE EL FONDO DEL POZO HASTA LA ESTACIÓN.

ASPECTOS GENERALES

• IPR

• FACTORES PVT

• INDICE DE PRODUCTIVIDAD.

• GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL PETRÓLEO O ºAPI

• CORTE DE AGUA.

• ALTURA DE COLUMNA

• PRESIÓN ESTÁTICA.

• PRESIÓN FLUYENTE

• PRESIÓN DE BURBUJEO.

Presión EstáticaCaudalPresión de Fondo Fluyente

PsPb =Pwf

Yacimiento: Unidad geológica de volumen limitado, porosa y permeable capaz de contener hidrocarburos líquidos y/o gaseoso

Mecanismos de Producción:• Empuje hidráulico• Empuje por gas en solución• Empuje por capa de gas• Empuje por expansión líquida• Empuje por gravedad• Empuje combinado

ASPECTOS GENERALES

QmaxQ

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS LIFTLEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS LIFT

El levantamiento artificial por Gas Lift es el sistema de bombeo artificial que más se parece al proceso de producción por flujo natural. El mismo consiste en levantar fluido del pozo por medio de la inyección de gas a una presión relativamente alta; esto puede hacerse suplementando continuamente la energía del yacimiento mediante la inyección de volúmenes relativamente pequeños de gas a alta presión para aligerar la columna de fluidos, o mediante inyección durante cortos períodos de tiempo de un volumen de gas relativamente grande a fin de reducir la densidad del fluido en la columna.

FUNCIONAMIENTO DEL FUNCIONAMIENTO DEL GAS LIFTGAS LIFT

EL GAS COMPRIMIDO ENTRA A LA COLUMNA DE PETRÓLEO A TRAVES DE LA VALULA DE GAS LIFT, REDUCE LA GRAVEDAD ESPECIFICA DEL CRUDO, DISMINUYENDO POR ENDE LA PRESIÓN DEL FONDO FLUYENTE Y FACILITA EL LEVANTAMIENTO DEL FLUIDO HASTA LA SUPERFICIE

CICLO CERRADO DE GAS LIFT

Cuando un pozo es incapaz de fluir naturalmente, el peso de la columna de fluido se iguala a la presión estática del yacimiento. Al inyectar gas ocurren los siguientes procesos:

• Reducción del gradiente del fluido• Expansión del gas inyectado• Desplazamiento del fluido por el gas inyectado.

FUNCIONAMIENTO DEL FUNCIONAMIENTO DEL GAS LIFTGAS LIFT

En pozos de mediana relación Gas-petróleo.

En pozos desviados o torcidos (sin abrasión mecánica en la tubería de

revestimiento o producción).

En pozos de difícil acceso en los que se requiere un espacio muy reducido

para el cabezal del pozo y los controles de inyección de gas en la superficie.

En pozos con completación múltiple donde se requiere poco espacio el anular o

en el cabezal del pozo.

Pozos completados con diámetro de tubería muy pequeños.

Pozos en los cuales se espera que la tasa de producción cambie muy

rápidamente. Ésta flexibilidad en cuanto a la tasa de producción es una de las

ventajas mas importantes del bombeo con Gas Lift. Las válvulas en el subsuelo

operarán eficientemente en un amplio margen de tasas de producción; también se

puede variar el volumen de gas circulante que se dirige a los pozos cambiando las

tasas de producción.

Se recomienda el uso de este sistema de levantamiento en Se recomienda el uso de este sistema de levantamiento en los siguientes casos:los siguientes casos:

El levantamiento artificial por Gas Lift es mucho más flexible

porque al pozo se le puede instalar las válvulas desde su completación

inicial, para uso futuro.

No se ve afectado por los grados de desviación que pueda

presentar el pozo.

El costo inicial de los equipos de completación son menores que

en otros sistemas de bombeo.

Los equipos requieren poco mantenimiento.

Permite utilizar el gas natural que se produce de los pozos.

Cuando se detecta mal funcionamiento de las válvulas se pueden

reemplazar mediante trabajos de guaya fina sin necesidad de sacar la

tubería de produccion.

VENTAJAS

LIMITACIONES LIMITACIONES

•Es indispensable que haya suficiente gas disponible.

• El espaciamiento excesivo de las válvulas de gas lift disminuye la

eficiencia del sistema.

•El revestimiento de producción del pozo debe estar en buenas

condiciones a fin de que el gas no se escape antes de alcanzar el punto

deseado y pueda entrar en la tubería.

•No es recomendable por razones de índole económica, en pozos muy

retirados del sistema de distribución de gas de alta presión.

TIPOS DE APLICACIÓN

•FLUJO CONTINUO

•FLUJO INTERMITENTE

•CUADRO COMPARATIVO

Flujo ContinuoSe define como el medio para producir artificialmente

el pozo mediante la inyección continua y controlada de gas en la columna de fluido. En el Levantamiento Artificial por Flujo Continuo el gas se inyecta a una profundidad que permita una levantamiento eficiente desde el punto de inyección a la superficie, reduciendo así la presión de fondo fluyente al nivel necesario para lograr la tasa de flujo deseada.

PwhPresión

Profundidad

∆ Py

PwsPwf, ql

Dov

FLUJO CONTINUO

FLUJO CONTINUO

Pws

Dvo

gg

RGLf

Pio

∆P

Piod

RG

Lt

Pwf

Presión

Profundidad

Pwh

Pio

PiodPpd

RGLi = RGLt - RGLf (pcn/bn)

qgi = RGLi . ql / 1000

qgi = ( RGLt - RGLf ) . ql / 1000

(Mpcn/d)

Sustituyendo RGLi

φasiento α ( qgi / ∆ P )

Flujo IntermitenteEs el desplazamiento de un tapón de fluido del pozo a

la superficie mediante la inyección de gas de alta presión en la columna de fluido. La expansión del gas de alta presión debajo de la columna de fluido levanta la columna a la superficie en forma de ‘‘tapón’’. En operaciones eficientes de Levantamiento Artificial por Gas Intermitente, el gas debe entrar a la tubería de produccion a una tasa tal, que mantenga la suficiente velocidad del tapón a fin de minimizar la irrupción del gas de inyección a traves del tapon.

CERRADA

t i : TIEMPO DE INFLUJO t v : TIEMPO DE VIAJE t e : TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN

Tc (min) = TIEMPO DE CICLO = t i + t v + t e

CIERRA

ABRE CIERRA CERRADA

ABRE

N = 1440 / Tc

FLUJO INTERMITENTE

ESPACIAMIENTO DE MANDRILES FLUJO CONTINUO

AREA LIMITADA

PARA

EL ESPACIAMIENTO

DE MANDRILES

Prof

Presión PkoPwh

RG

Lt , qL

Dpack - 60´

ESPACIAMIENTO DE MANDRILES FLUJO CONTINUO

Pon

Prof

Presión Pko= Psist – 100 lpc

∆ Ps = 50 lpc

Po1

∆ Po

Pwh

CONDICION.CONDICION. FLUJO CONTINUOFLUJO CONTINUO FLUJO FLUJO INTERMITENTEINTERMITENTE

Q(bbl/d).Q(bbl/d). 100-75000100-75000 Menor de 500Menor de 500BHP(Psi).BHP(Psi). >0.5 Psi/ft.>0.5 Psi/ft. <0.5Psi/ft.<0.5Psi/ft.Pwf(Psi).Pwf(Psi). >0.4Psi/ft.>0.4Psi/ft. <0.4Psi/ft.<0.4Psi/ft.Ri(scf/bbl).Ri(scf/bbl). 50-250/1000ft.50-250/1000ft. 250-300/1000ft.250-300/1000ft.

Pc(Psi).Pc(Psi). >100 >100 Psi/1000ft.Psi/1000ft.

< 100 < 100 Psi/1000ftPsi/1000ft

Qs(bbl/d).Qs(bbl/d). Grandes Grandes volumenes.volumenes.

Pequeños Pequeños volumenes.volumenes.

COMPARACIÓN.COMPARACIÓN.

TIPOS DE INSTALACIÓN.TIPOS DE INSTALACIÓN.

INSTALACION ABIERTAINSTALACION ABIERTA INSTALACION SEMI-CERRADAINSTALACION SEMI-CERRADA INSTALACION CERRDAINSTALACION CERRDA INSTALACION DE CAMARAINSTALACION DE CAMARA

TIPOS DE INSTALACIÓN.TIPOS DE INSTALACIÓN.

Instalación Abierta

No se usan ni empaque ni la válvula fija. Esto hace que la presión de inyección de gas en el revestimiento actúe contra la formación.

TIPOS DE INSTALACIÓN.TIPOS DE INSTALACIÓN.

Instalación Semi-Cerrada

Se instala un empaque pero sin válvula fija. El empaque elimina un nivel de trabajo del fluido variable en el revestimiento y el peligro de que se dañe el equipo.

TIPOS DE INSTALACIÓN.TIPOS DE INSTALACIÓN.Instalación Cerrada

Se instala un empaque y una válvula fija. El empaque sella el anular que conecta la tubería con el revestimiento y la válvula fija permite que el flujo de la tubería vaya únicamente en una dirección, lo cual es una necesidad en pozos de IP alto o medio

TIPOS DE INSTALACIÓN.TIPOS DE INSTALACIÓN.Instalaciones De Cámara

La instalación del tipo de cámaras de acumulación se usa en pozos de presión del yacimiento excepcionalmente baja, con índices de producción intermedios a altos. La producción de fluido se acumula en una cámara de tubería o revestimiento. Varios tipos de Instalaciones de cámara se usan. Básicamente, hay dos tipos más populares, el tipo de inserción que usa tubería de menor calibre que el revestimiento del pozo para la cámara y el tipo de dos empacaduras que usa la parte del revestimiento del pozo como cámara.

CONSIDERACIONES PARA CONTROL CONSIDERACIONES PARA CONTROL DE SUPERFICIE.DE SUPERFICIE.

Plumas Registradoras: para control de Plumas Registradoras: para control de presión de las tuberías de Producción y de presión de las tuberías de Producción y de Revestimiento.Revestimiento.

Medidor de Orificio: volumen de gas Medidor de Orificio: volumen de gas inyectadoinyectado

Orifice RunOrifice Run Estranguladores (Choke),, intermitentes Estranguladores (Choke),, intermitentes

(intermitter), reguladores o combinación.(intermitter), reguladores o combinación.

EQUIPO DE SUBSUELOEQUIPO DE SUBSUELO

Mandriles

Son en sí, una sección de tubo que posee una forma geométrica tal, que permite albergar la válvula y mantenerla protegida.

Mandril

Válvula

Caising

EQUIPO DE SUBSUELOEQUIPO DE SUBSUELOVálvulas.

Las válvulas se constituyen en el elemento más importante para el desarrollo de la técnica de levantamiento artificial por gas lift. Dentro de las partes generales de una válvula tenemos: El orificio de entrada, la zona activa de presiones, la cabeza, y el orificio de expulsión

EQUIPO DE SUBSUELOEQUIPO DE SUBSUELO

GENERALIDADES SOBRE VÁLVULASGENERALIDADES SOBRE VÁLVULAS

Su uso depende de su aplicación Su uso depende de su aplicación EspecíficaEspecífica

Regulan la presión de inyección en la Regulan la presión de inyección en la tubería de produccióntubería de producción

DISEÑO.DISEÑO.

DATOS DEL POZODATOS DEL POZO Tamaño del tubing: Tamaño del tubing:

223/83/8”(1.995” ID)”(1.995” ID) Tasa deseada: Tasa deseada:

700 bpd700 bpd %Agua : 95%%Agua : 95% ge. Del agua: 1ge. Del agua: 1 ge. Del gas: 0.65ge. Del gas: 0.65 Profundidad: 8000 Profundidad: 8000

pies.pies. Pwh. 100 Lpc.Pwh. 100 Lpc. J = 7.J = 7. BHT = 210ºFBHT = 210ºF

Temp. Sup.:150°F.Temp. Sup.:150°F. Temp. Fondo.: Temp. Fondo.:

200°F.200°F. P. Iny. Sup.: 900 P. Iny. Sup.: 900

psig.psig. GLR: 210 SCF/BBL.GLR: 210 SCF/BBL. Gr. Kill fluid= 0.5 Gr. Kill fluid= 0.5

Lpc/pieLpc/pie

1.-Determine el Punto de inyección de gas.a.- Plotee la escala en vertical en pies (0-8000).b.- Plotee la escala horizontal en Lpc (0-2800 lpc).c.- Plotee BHP fluyente (2800 lpc a 8000 pies).d.- Usando el IP (Calcule el DD necesario para la

tasa de producción).

J= ql/DD DD = ql/J = 700/7 = 100 Lpc.

2.- A partir del “DD” sustraigalo de la presión estática y obtenga la presión de fondo fluyente.

Pwf = 2900 – 100 = 2800 Lpc.

PROCESO DE CALCULO

3.- Plotee 2800 Lpc a 8000 pies.

4.- Desde el punto de BHP estática (2900Lpc), extienda la línea de gradiente estático hasta interceptar la ordenada de prof(pies).Nota: Para un fluido de 95% agua salada y petróleo de 40ºAPI nos dan un gradiente de 0.46 lpc/pie.

Gradiente de una mezcla.

(%Oil)(Grad Oil) + (%Agua)( Grad Agua) = Grad. Mezcla(.05 x .357 lpc/pie) + (.95 x .466 lpc/pie) = 0.46 lpc/pie.

PROCESO DE CALCULO

LINEA DEL LINEA DEL GRADIENTEGRADIENTEESTATICO.ESTATICO.

• GRAFIQUE LOS DATOS DE PROFUNDIDAD TOTAL DE 8000 PIES .

• UBIQUE LA •Ps. = 2900 Lpc.

OBTENGA EL NIVEL DE FLUIDO

ESTATICO = 1900 piesGradiente del fluido = 0,46 Lpc/pie

•GRAFIQUE LOS DATOS DE PROFUNDIDAD TOTAL

•UBIQUE LA Ps •UBIQUE LA Pwf.

2.- Sustraiga de la presión estática, el “DD” y obtenga la presión de fondo fluyente.

Pwf=2900 Lpc – 100 = 2800 Lpc.

Temp. en ºF150 160 170 180 190 200 210

Presion en Lpc0 200 400 600 800 1000 LINEA DEL LINEA DEL

GRADIENTEGRADIENTEDINAMICODINAMICO

LINEA DE PRESIONLINEA DE PRESIONDE INYECCION DE INYECCION

DE GASDE GAS..

• Dibuje la línea que une las presiónes de inyección del tope al fondo con el gradiente de inyección

•

• Ubique la Prof. de inyección del gas.

Continuar...

Presión disponible = 900 Lpc en Sup.

= 993.5 Lpc 4250 pies

Presión de Operación

=800 Lpc en Sup. =877 a 4040 pies

Punto de balance a 4000 pies

Punto de Inyección a 3820 pies

LINEA DE PRESIONLINEA DE PRESION DE INYECCION DE INYECCION

DE GAS. DE GAS.

• CALCULAR LA PRESIONDE INYECCION EN EL FONDO.

• ENTRE CON PRESION DE INYECCION EN SUPERFICIE.

• CORTAR CON LA GRAVEDAD ESPECIFICA DEL GAS.

• TOMAR LA LECTURA DE GRADIENTE• DE PRESION DE GAS EN EL FONDO

22 y 19Lpc/1000ft.

900 y 800 Lpc

LEA EL GRADIENTE DE PRESION DEL GAS DE

LA GRAFICA

RGL DESPUESRGL DESPUES DEL PUNTO DE DEL PUNTO DE INYECCION.INYECCION.

• Ajuste su grafica sobre la carta. Busque que en superficie en su grafica, tenga la Pwh deseada (100psi.), y trace el nuevo RGL.

• Nuevo RGL=400 SCF/BBL.

• Consiga la grafica que se ajusta a sus condiciones. Después

Antes

RGL ANTES Y DESPUESRGL ANTES Y DESPUES DEL PUNTO DE INYECCION DEL PUNTO DE INYECCION

Gradiente Gradiente dinámico después de dinámico después de

inyectar gas inyectar gas =0,183 lpc/pie=0,183 lpc/pie

a RGL =400 pc/ba RGL =400 pc/bGradiente dinámico antes de inyectar gas = 0.46 lpc/pieA RGL =200 pc/ b

RGL1 = 200; RGL2=400

UBICACION DE UBICACION DE LAS VALVULAS.LAS VALVULAS.

Con el fin de observar de Con el fin de observar de manera clara la forma en manera clara la forma en

como se ubican las válvulas como se ubican las válvulas ampliaremos nuestra zona ampliaremos nuestra zona

de interés.de interés.

PROFUNDIDAD DE PROFUNDIDAD DE LA PRIMERA VALVULALA PRIMERA VALVULA..

Prof1 =1880 pies.

Tome la pendiente del gradiente de 0.5 lpc/pie y trace la línea hasta que corte la paralela a el gradiente de gas(delta de presión =0 psi.).

Trace una paralela a la horizontal y la prof. a la que corta es la prof.1 de la 1ª válvula.

1ª Valv. 1880 pies

PROFUNDIDAD DE LA SEGUNDA VALVULA.Tome la misma pendiente y en el punto de corte de la horizontal

de la primera válvula con el gradiente dinámico trace la línea hasta que corte la paralela a el

gradiente de gas(delta de presión=25 psi.).

Trace una paralela a la horizontal y la prof. a la que corta es la prof.2 de la válvula.

Prof2= 2960 pies.

1ª Valv.

2ª

Valv.

PROFUNDIDAD DE PROFUNDIDAD DE LA TERCERA LA TERCERA VALVULA.VALVULA.

Prof.3= 3500 ft.

Con la misma pendiente, y en el punto de corte de la horizontal de la segunda válvula trace la línea hasta que corte la paralela a el gradiente de gas(delta de presión=50 psi.).

Trace una paralela a la horizontal y la profundidad. a la que corta es la ubicación de la 3ªválvula.

3ª Valv.

Presión de Apertura = 917 Lpc

PROFUNDIDAD PROFUNDIDAD DE LA CUARTA DE LA CUARTA

VALVULA.VALVULA.Seguimos el mismo

procedimiento que con la válvula anterior

Prof.4= 3820pies.

De la misma manera mostrada, se continua la

ubicación de las válvulas.

4ª Valv. y Pto de inyeccionPresión de

Apertura = 898 Lpc

Por lo general se ubican tan solo cinco o seis válvulas.

.

.

Acá podemos ver ahora la ubicación de todas las válvulas.

Ubicación de todas las válvulas

1ª Valv.

2ª Valv.

3ª Valv.

4ª Valv. y Pto. de Inyecion

Pwh =100 Lpc

PRESION DE CIERRE PRESION DE CIERRE DE LA PRIMERA DE LA PRIMERA

VALVULA.VALVULA.Trazamos una línea que parte de Pwh y corta una paralela (delta de presión=25 psi.)al gradiente de gas en el punto de la segunda válvula.

En el punto de corte con la horizontal de la primera válvula trace una vertical y esa es la presión de cierre de la primera válvula

640

PC1=640 Lpc.

640 Lpc

PRESION DE CIERRE

DE LA SEGUNDA VALVULA.Trazamos una línea que parte

de Pwh y corta una paralela (delta de presión=50 psi.)al gradiente de gas en el punto de la tercera válvula.

En el punto de corte con la horizontal de la segunda válvula trace una vertical y esa es la presión de cierre de la segunda válvula

PC2= 780 psi.

780 Lpc

PRESION DE CIERRE PRESION DE CIERRE

DE LA TERCERA DE LA TERCERA VALVULA.VALVULA.

PC3= 820 lpc

En el punto de corte con la horizontal de la tercera válvula trace una vertical y esa es la presión de cierre de la tercera válvula.

Trazamos una línea que parte de Pwh y corta una paralela (delta de presión = 50 psi.) al gradiente de gas en el punto de la cuarta válvula.

820 lpc

ºF 150 160 170 180 190 200 210

0 200 400 600 800 1000

164ºF

172ºF

177ºF

180ºF179ºF

1880 pies

2960 pies

3600 pies 3820 pies4000pies

Diseño completo con las

temperaturas de flujo a cada

profundidad de válvula.