hidratos reservado

1 © 2014 Dirección de Capacitación - IMP Sistemas Artificiales de producción

1. FUNDAMENTOS DE LA

INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN

Y SIST. ARTIFICIALES


Ubicación de la ingeniería de producción

Caracterización de yacimientos

Ingeniería de yacimientos

Ingeniería de producción de

pozos

Ingeniería de instalaciones

Modelo estático del yacimiento (límites, contacto de fluidos, etc.)

Determinación de reservas

Características petrofísicas

Correlaciones geológicas

Localización de pozos

Modelo dinámico del yacimiento (movimiento de fluidos, balance de materia, etc.)

Número óptimo de pozos

Estrategia de explotación

Pronósticos de producción

Procesos de recuperación secundaria, mejorada.

Análisis productividad de pozos

Diseño de A P pozos productores, inyectores

Análisis Nodal Estimulaciones Fracturamientos Depositaciones

orgánicas/inorgánicas

Sistemas artificiales

Infraestructura superficial (plataformas)

Redes de recolección y transporte de fluidos

Baterías de separación

Equipo de bombeo y compresión.

Procesos (deshidratación, endulzamiento)


Ubicación de la ingeniería de producción




pozos





pozos



Producción de hidrocarburos

La producción de hidrocarburos comprende dos sistemas distintos, pero íntimamente conectados

1. El yacimiento

• El cual es un medio poroso con características únicas de almacenamiento y flujo

2. Las estructuras artificiales • Las cuales incluyen el pozo, los arreglos de fondo

y superficie y las instalaciones superficiales de recolección, separación y almacenamiento.


Ingeniería de Producción

La Ingeniería de Producción es la parte de la ingeniería petrolera cuya meta es maximizar la producción de una forma económicamente efectiva.

Su objetivo se refiere pozos individuales o grupos de pozos.

Los métodos y tecnologías que usa la ingeniería de producción están directamente relacionadas con otras especialidades de la ingeniería petrolera como la evaluación de formaciones, perforación e ingeniería de yacimientos.


Objetivos de la Ingeniería de Producción

1. Diseñar y establecer los parámetros para que un pozo o grupo de pozos, operen de forma segura y optimizada durante toda su vida operativa Asociada con la maximización de las ganancias o la

producción y sujeto a distintas restricciones

2. Monitorear el desempeño de pozos ya existentes y en operación con el objetivo de determinar si el sistema de flujo se comporta de acuerdo a los esperado y si dicho sistema está optimizado Hacer las recomendaciones adecuadas para llevar los

pozos a un estado de operación óptimo.


El sistema de producción

Cuando una acumulación de aceite es descubierta en un yacimiento, se encuentra sometida a cierto valor de presión debida a las fuerzas naturales que la rodean y la entrampan.

Al perforar un pozo en el yacimiento, se establece una comunicación de dicha acumulación con un sistema de una presión mucho más baja. Esta comunicación es la vía de escape de los fluidos.

La fuerza que impulsa a los fluidos a moverse del yacimiento al pozo proviene de la presión a la que están sometidos en el subsuelo.

La energía real que permite a un pozo producir fluidos, es producto de una disminución de presión entre el yacimiento y las instalaciones de producción en superficie.



El sistema de producción puede dividirse en varios componentes:

• El yacimiento

• La vecindad del pozo, la cara de la formación y la terminación.

• La geometría de flujo y accesorios del pozo y de sistemas artificiales

• El sistema de recolección superficial.


Trayectoria de los fluidos producidos



Los fluidos del yacimiento fluirán hacia las instalaciones superficiales a través de los distintos componentes del sistema de producción, tales como: :

Yacimiento Disparos Equipo de fondo, TR, TP Equipos sub-superficiales de sistemas artificiales Árbol de válvulas estrangulador Líneas de flujo Cabezales Separadores Tanques, bombas o compresores



A medida que los fluidos viajan a través del sistema de producción, experimentan un cambio de presión y temperatura. Adicionalmente, los fluidos del yacimiento pueden mezclarse con otros fluidos (gas de BN, fluido motriz de BHJ, inyección de químicos, etc.). En consecuencia:

Se altera su equilibrio de fase Las propiedades de las fases líquida y gaseosa

cambian constantemente Pueden aparecer sólidos (ceras, hidratos, asfaltenos,

carbonatos).


Fuerza impulsora de los fluidos

La fuerza que mueve los fluidos desde el yacimiento, a lo largo del sistema de producción es la energía almacenada en los fluidos comprimidos en el yacimiento. A medida que los fluidos se desplazan a lo largo de los diferentes componentes del sistema, experimentan una disminución en su presión. La presión disminuye en la dirección de flujo, desde el valor de la presión en el yacimiento hasta la presión en el separador.


Cambios en la producción con el tiempo

A medida que el yacimiento es explotado, su presión (fuerza impulsora de los fluidos), disminuye de forma natural

La disminución de presión provoca la aparición de una fase gaseosas en el yacimiento, lo cual también reduce la “productividad del aceite líquido incrementando las perdidas de presión en el medio poroso

Además, hay cambios en las condiciones de producción como WOR, RGA, depositación de orgánicos o inorgánicos, etc. Lo cual puede incrementar las pérdidas de presión en el pozo y las tuberías superficiales.


Medidas para contrarrestar la disminución de producción

Medidas Correctivas

Con la intensión de modificar la declinación del gasto natural de equilibrio, se puede actuar de 4 formas: • La primera opción es modificar el sistema de

producción para reducir las caídas de presión cambiando la configuración física del sistema después que los fluidos pasen de la formación al pozo: • Variando el estrangulador • Cambiando el tamaño de la TP • Cambiando el tamaño de la línea de flujo • Cambiando la configuración del sistema

superficial (manifolds, separadores, etc.)


Medidas para contrarrestar la disminución de producción

Medidas Correctivas

• La segunda opción es modificar la naturaleza de los fluidos producidos: • Modificando la relación gas / aceite • Modificando la relación agua / aceite • Inhibidores de incrustaciones • Inhibidores de depositaciones • Etc.


Medidas para contrarrestar la disminución de

producción

Medidas Correctivas

• La tercera opción es incrementar la capacidad del yacimiento para producir fluidos con una presión más alta en el fondo del pozo: • Inyectando agua o gas en el yacimiento • Estimulaciones y fracturamientos • Densidad y longitud de disparos • Etc.

• En las opciones anteriores, el pozo es aún denominado

naturalmente fluyente ya que el gasto de equilibrio es determinado por la capacidad del yacimiento para vencer las caídas de presión en el sistema


Medidas para contrarrestar la disminución de

producción

Medidas Correctivas

• La cuarta opción es instalar dispositivos específicos que suministrarán energía adicional para auxiliar al yacimiento a vencer las caídas de presión en el sistema, a partir del fondo del pozo. Esto puede lograrse de tres maneras: • Inyectando fluidos que disminuyan las pérdida gravitacionales

en el sistema (gas lift) • Usando una bomba dinámica para suministrar presión

adicional para vencer las pérdidas de presión • Usando una bomba de desplazamiento positivo para

desplazar los fluidos desde el interior del pozo hacia la superficie.

• En este último caso, el pozo ya no fluye por sus propios medios si no que es auxiliado por cierta cantidad de energía externa.


Sistemas Artificiales de producción

• En pozos naturalmente fluyentes, la presión de los fluidos dentro del medio poroso provee la energía necesaria para desplazar los fluidos desde el yacimiento y “levantarlos” a través del pozo y transportarlos por el sistema superficial de recolección.

• Las técnicas que usan una fuente externa de potencia para ayudar al yacimiento a vencer las pérdidas de presión en el sistema de producción a partir del fondo del pozo, reciben el nombre genérico de Sistemas Artificiales de Producción



• Los sistemas artificiales es el área de la ingeniería petrolera que comprende las tecnologías usadas para apoyar e incrementar el gasto de flujo en pozos fluyentes, reactivar a producción pozo cerrados o para estabilizar la producción mediante el uso de una fuente de energía externa para complementar la presión del yacimiento y así lograr vencer las caídas de presión del sistema de flujo a partir del fondo del pozo.



• Existen varios métodos artificiales. Los mas importantes son: • Bombeo mecánico (Beam Pumping) • Gas Lift continuo (GL, BN) • Bombeo Electrocentrífugo Sumergíble (BES, BEC). • Bombeo de Cavidades Progresivas (PCP, BCP) • Gas Lift intermitente • Bombeo Hidráulico Jet • Plunger Lift • Bombeo Hidráulico Reciprocante



Uso de los Sistemas Artificiales • En pozos de aceite

• Repotenciar la producción (Boosting) • Reincorporar pozos cerrados • Estabilizar producción (pozos inestables) • Inducir pozos (Kick-off)

• En pozos de gas: • Para remover condensados o agua de los pozos



• Es familiar para los ingenieros y operadores.

• De diseño simple • Requiere de poca inversión para

pozos de baja producción y con profundidades de someras a medias

• La inversión necesaria aumenta para pozos profundos o mayor producción

• Capaz de producir en pozos considerablemente depresionados

• Puede manejar problemas de corrosión e incrustaciones

• Se puede automatizar • No funciona bien para pozos muy

“sinuosos”.

Weatherford - Rodlift.MPG



• Baja inversión para pozos profundos

• Es el sistema más eficiente en pozos con alta RGA

• Bajos costos de producción • Flexible • Capaz de producir gastos bastante

altos • Requiere una fuente gas a alta

presión • No puede alcanzar presiones de

fondo fluyendo muy bajas. • Las tuberías de producción y

revestimiento deben soportar altas presiones

Weatherford - Gas Lift.MPG



Weatherford - Plungerlift.MPG



• Capaz de producir gastos bastante altos de profundidades de someras a profundas

• Baja inversión para pozos someros • Altamente automatizable • El tamaño de la TR no es factor

crítico para manejar alto gasto • El cable eléctrico es el componente

más débil del sistema • Necesita un controlador de

velocidad para ser flexible • Requiere de una fuente confiable

de energía • Las incrustaciones le ocasionan

problemas • Requiere de equipo de reparación

para recuperar el aparejo.

Weatherford - ESP.MPG



Weatherford - PCP.MPG



Weatherford - HYdraulic.MPG



Selección de los Sistemas Artificiales • Existen diferentes alternativas en la selección de las SAP • La selección debe tener como objetivo final LA

MAXIMIZACIÓN DE LA GANACIA DEL PROYECTO. • No maximizar la recuperación de hidrocarburos • No minimizar los costos de operación • No minimizar las inversiones de capital • No minimizar el tiempo entre fallas



Selección de los Sistemas Artificiales • Uno de los factores clave para el éxito de un proyecto de

SAP es la adecuada selección del método apropiado • Para una aplicación dada, el “mejor” método resulta de un

balance de las características del método, desempeño del yacimiento, características de los fluidos, calidad de la información, restricciones físicas, económicas y ambientales, entrenamiento del personal, disponibilidad de energía, costos de operación, ubicación geográfica, etc.



Selección de los Sistemas Artificiales • Con el tiempo, las condiciones del yacimiento, la

productividad de los pozos, las propiedades de los fluidos pueden cambiar a lo largo de la vida productiva de un campo, por lo que en ocasiones, es posible que sea necesario un cambio de método.

• Por ejemplo: • Gas Lift contínuo a Intermitente • Bombeo mecánico a BEC • Gas Lift a BEC • Etc.



Selección de los Sistemas Artificiales • En pocas ocasiones, la combinación de métodos puede ser

una buena alternativa. • Para esto se debe realizar una cuidadosa evaluación que

asegure que los beneficios económicos costean las complejidades de diseño y operativas.

• Ejemplo de convinaciones son: • Gas Lift y BEC • Bombeo Jet y BEC • Etc.



Selección de los Sistemas Artificiales • La selección del SAP se hace comúnmente realizando una

selección preliminar usando tablas de atributos, sin embargo estas tablas son relativas ya que son construidas con criterios parciales.

• Además, dichas tablas van quedando obsoletas con el tiempo.



Selección de los Sistemas Artificiales



Selección de los Sistemas Artificiales • La selección del SAP basada en tablas de atributos debe

servir sólo como una guía para la decisión final. • La mayoría de las veces, existen criterios que se anteponen

o anulan la información de las tablas de atributos. • La ubicación (terrestre, costa afuera, localizaciones

inhóspitas, etc.) • Infraestructura existente (localizaciones remotas,

instalaciones disponibles, etc).



Selección de los Sistemas Artificiales • Casi siempre influyen también las preferencias personales.

El personal que diseña o la compañía que opera pueden tener preferencias por determinado sistema, el cual en ocasiones no está justificado por un análisis técnico-económico.



Tablas de atributos de los Sistemas Artificiales

• Existen diferentes tablas de atributos en la literatura. Una

de las más conocidas son las de Brown, y las de Clegg-Bucaram.

• Diversas compañías también han construidos tablas de atributos, por ejemplo: Weatherford



Weatherford - Artificila Lift Systems.pdf



Selección de los Sistemas Artificiales • Después de la selección preliminar basada en tablas de

atributos y criterios operativas, de ubicación, gastos objetivo, etc. Se seleccionan 2 o más sistemas aplicables.

• Para dichas opciones, se hacen diseños detallados considerando todos los aspectos que inciden en el desempeño del sistema.

• Al final, se toma la decisión basada en la opción que represente la máxima ganancia final del proyecto


Clasificación Sistemas Artificiales de producción

Por fuente de energía



Por capacidad de producción



Por principio de operación SI

STEM

AS

AR

TIFI

CIA

LES

DE

PR

OD

UC

CIO

N

CON BOMBA

CON VARILLAS

BOMBEO MECANICO

CAVIDADES PROGRESIVAS

SI VARILLAS

BOMBEO ELECTROCENTRIF.

HIDRAULICO

JET

PISTON

SIN BOMBA

GAS LIF

CONTINUO

INTERMITENTE

PARA POZOS DE GAS

EMBOLO VIAJERO

BARRAS ESPUMANTES

MOTO COMPRESORES

SARTAS DE VELOCIDAD

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