Unlock-Recuperacion Secundaria y Mejorada
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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE TAMAULIPAS UNIDAD ACADEMICA MULTIDISCIPLINARIA REYNOSA-RODHE RECUPERACIÓN SECUNDARIA Y MEJORADA ING: JORGE GARCIA SOSA
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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE TAMAULIPAS
UNIDAD ACADEMICA MULTIDISCIPLINARIA REYNOSA-RODHE
RECUPERACIÓN SECUNDARIA
Y
MEJORADA
ING: JORGE GARCIA SOSA
OBJETIVOOBJETIVOOBJETIVOOBJETIVO::::
El alumno adquirirá los conocimientos que le permitan aplicar los
métodos actuales de mayor frecuencia en su utilización para incrementar
la recuperación de los hidrocarburos remanentes, explicará los procesos
más avanzados que se han desarrollado para dicho fin, y definirá los
métodos más apropiados de rehabilitación de los yacimientos, según la
información que los caracterice.
CONCEPTOS PETROFÍSICOS Y CONCEPTOS PETROFÍSICOS Y CONCEPTOS PETROFÍSICOS Y CONCEPTOS PETROFÍSICOS Y
DEL COMPORTAMIENTO DE DEL COMPORTAMIENTO DE DEL COMPORTAMIENTO DE DEL COMPORTAMIENTO DE
FASESFASESFASESFASES
PorosidadPorosidadPorosidadPorosidad (Φ)(Φ)(Φ)(Φ)::::Es la medida del volumen de espacios porosos en la roca que tiene la
capacidad de almacenar fluidos en cualquier condición. Se expresa por
el porcentaje de volumen de poros respecto al volumen total de la roca
(porosidad total o bruta). La porosidad total es considera como el
volumen poroso del total de poros estén o no interconectados
Cubic Packing of SpheresPorosity = 48%
Rhombic Packing of SpheresPorosity = 27 %
Packing of Two Sizes of SpheresPorosity = 14%
PermeabilidadPermeabilidadPermeabilidadPermeabilidad (k)(k)(k)(k)::::Se define como la capacidad que tiene una roca de permitir el flujo de
fluidos a través de sus poros interconectados. El sistema poral efectivo
está constituido por poros y espacios reducidos que conectan a los
poros llamados gargantas. La permeabilidad es una función directa del
radio de la garganta que caracterice la roca. Entre más grande y
despejada la garganta mejor es el paso de los fluidos.
LaLaLaLa saturaciónsaturaciónsaturaciónsaturación de un medio poroso con respecto a un fluido se
define como la fracción del volumen poroso de una roca que está
ocupada por dicho fluido
TiposTiposTiposTipos dededede SaturaciónSaturaciónSaturaciónSaturación::::
• Saturación de agua inicial (Swi):
Es aquélla a la cual es descubierto el yacimiento y se pueden
distinguir dos tipos de agua:
• Agua libre:
Es la que está en condiciones de fluir ante
una diferencia de presión.
• Saturación residual o remanente (Sor):
Es aquélla que se tiene después de un periodo de explotación en una
zona determinada del yacimiento se tendrá aceite remanente. Este
valor de saturación es llamado saturación de aceite residual o
remanente. El término residual es usualmente asociado con la fase no
mojante.
PresiónPresiónPresiónPresión CapilarCapilarCapilarCapilar ::::Es la diferencia de presiones que existe en la interfase que separa dos
fluidos inmiscibles, uno de los cuales moja preferente la roca. También
se define la presión capilar como la capacidad que tiene el medio
poroso de absorber el fluido mojante y de repeler al no mojante.
COMPORTAMIENTO DE FASECOMPORTAMIENTO DE FASECOMPORTAMIENTO DE FASECOMPORTAMIENTO DE FASE
Una Fase es cualquier
parte de un sistema que
contiene una sustancia
homogénea
físicamente es
distinta y que esta
separada por
superficies fronterizas
de otras partes del
sistema
Ejemplo
vapor de agua
agua líquida hielo
El cambio que existe entre las
fases
Comportamiento de fase
Describe las condiciones de temperatura y
presión para las cuales pueden
existir las diferentes fases.
Se incluyen el manejo de tres
variables
la presión, la temperatura
y el volumen.
Las diferentes fases se
identifican por su volumen o
densidad.
En un yacimiento normalmente se
encuentran
Fases líquida (aceite crudo,condensado,
agua)
Fase gas (disuelto en la fase líquida o
libre)
DiagramaDiagramaDiagramaDiagrama dededede FasesFasesFasesFases::::
Son graficas o diagramas que representan las condiciones bajo las
cuales se pueden presentar las diferentes fases de una sustancia
Sistemas de un solo componente Sistemas de un solo componente Sistemas de un solo componente Sistemas de un solo componente
(sustancia pura)(sustancia pura)(sustancia pura)(sustancia pura)Combinación de dos o mas elementos en una composición constante
(proporciones definidas de masa)
o Presentara propiedades características constantes
o Se encontraran en una fase u otra dependiendo de las condiciones del
sistema en donde se encuentren
Los estados posibles (fases)
Se pueden configurar en el espacio PVT, creando una superficie discontinua
Sistemas de dos componente (binarios)Sistemas de dos componente (binarios)Sistemas de dos componente (binarios)Sistemas de dos componente (binarios)Cuando se agrega un segundo componente a un sistema, su comportamiento se
hace mas complejo , debido a la introducción de una nueva variable. El efecto
de esta nueva variable puede observarse comparando los diagramas para uno y
dos componentes.
Diagrama PVT
TIPOS DE TERMINACIONES.TIPOS DE TERMINACIONES.TIPOS DE TERMINACIONES.TIPOS DE TERMINACIONES.
Tipos de terminacionesTipos de terminacionesTipos de terminacionesTipos de terminaciones
Se entiende por terminación de un pozo petrolero a las actividades
encaminadas a explotar los yacimientos, a través de las tuberías de
revestimiento de explotación, contando con la inducción, anclaje y
empacamiento del aparejo de producción para dejarlo produciendo por
el método más conveniente.
Básicamente una terminación consiste en establecer en forma
controlada y segura la comunicación entre el yacimiento y la superficie,
cuidando de proteger las tuberías de revestimiento que representan la
vida del pozo, aprovechando así óptimamente la energía del
yacimiento.
En la actualidad, cuando los pozos dejan de fluir, se aplican los
sistemas artificiales de producción como bombeo mecánico, neumático,
electrocentrífugo u otros, consistentes en adicionar energía a los fluidos
en el pozo para hacerlos llegar a la superficie con lo cual también se
tiene un incremento en la recuperación de los hidrocarburos contenidos
en el yacimiento.
Los pozos productores de petróleo durante su vida productiva pueden
clasificarse como fluyentes o de bombeo.
Los pozos fluyentes son aquellos en el que el aceite es expulsado del
yacimiento y llega a la superficie por su propia energía natural, que
puede ser por empuje hidráulico, de gas disuelto, o algún otro
mecanismo.
Dentro de la industria petrolera, los sistemas artificiales de producción
para pozos petroleros tienen una importancia indiscutible, ya que en
México como en otros países productores de petróleo, se utilizan
sistemas artificiales de producción para mantener su ritmo de
producción.
Los sistemas artificiales de producción suministran energía a los fluidos
en el pozo para hacerlos llegar a la superficie, así como producir la
mayor cantidad de fluido por día, con un mínimo de gasto económico.
� Terminación sencilla selectiva.
� Terminación con aparejo de bombeo neumático.
� Terminación con aparejo de bombeo mecánico.
� Terminación con aparejo electrocentrífugo.
� Otros tipos de terminación.
Terminación sencilla selectivaTerminación sencilla selectivaTerminación sencilla selectivaTerminación sencilla selectiva
El diseño de este aparejo estará́ sujeto a las condiciones de flujo de los
intervalos productores, asi ́ como a programas futuros de intervención
del pozo y de su estado mecánico. Los fluidos que aporta pueden
combinarse selectivamente; explotando simultáneamente los dos
intervalos o aislando uno de ellos.
Terminación con aparejo de bombeo Terminación con aparejo de bombeo Terminación con aparejo de bombeo Terminación con aparejo de bombeo
neumático.neumático.neumático.neumático.El bombeo neumático es un medio de levantamiento de fluidos desde el
fondo del pozo hasta la superficie, el cual se hace por medio de
inyección de gas a una presión relativamente alta a través del espacio
anular. El gas pasa a la T.P. a través de válvulas conectadas en uno o
más puntos de inyección.
El bombeo neumático se lleva a cabo por uno de los métodos
siguientes:
• Bombeo continuo.
• Bombeo intermitente.
BombeoBombeoBombeoBombeo neumáticoneumáticoneumáticoneumático continuocontinuocontinuocontinuo....En este método se introduce un volumen continuo de gas a alta presión
por el espacio anular a la T.P. para aligerar la columna de fluidos, hasta
el punto en que la reducción de la presión de fondo permita una
diferencial suficiente a través de la formación, causando que el pozo
produzca el gasto deseado.
Para realizar esto, se utiliza una válvula en el punto de inyección más
profundo con la presión disponible del gas de inyección, junto con la
válvula reguladora en la superficie. Este método se utiliza en pozos con
alto IP y presión de fondo fluyendo relativamente alta (columna
hidrostática del orden de 50% o más en relación a la profundidad del
pozo).
El diámetro interior de la T.P. rige la cantidad de flujo, siempre y cuando
el IP, la Pwf, el volumen y la presión del gas de inyección, así como las
condiciones mecánicas, sean las ideales
Clasificación de las instalaciones de bombeo neumáticoClasificación de las instalaciones de bombeo neumáticoClasificación de las instalaciones de bombeo neumáticoClasificación de las instalaciones de bombeo neumático....El tipo de instalación está condicionada por la decisión de hacer
producir un pozo con bombeo neumático continuo o intermitente.
Las válvulas están diseñadas de modo que funcionen como orificio de
apertura variable para el caso de bombeo neumático continuo,
dependiendo de la presión en la T.P.; o bien, pueden tener un asiento
amplio y suministrar un volumen de gas rápidamente a la T.P. para
desplazar el bache de líquido para el caso de bombeo neumático
intermitente.
Las características del pozo, el tipo de terminación, así como la posible
producción de arenas y la conificación de agua y/o gas son condiciones
de vital importancia que influyen en el diseño de una instalación.
Para determinar el tipo de instalación inicial a utilizar, se debe decidir
en función del comportamiento futuro del pozo, incluyendo el
decremento de la Pwf y del IP. Existen tres tipos de instalación de
bombeo neumático.
• Abierta.
• Semicerrada.
• Cerrada.
InstalaciónInstalaciónInstalaciónInstalación AbiertaAbiertaAbiertaAbierta::::
Se usa solamente tubería de producción dentro de la tubería de
revestimiento, empleándose en pozos de alta producción y
explotándose por el espacio anular o por la tubería de producción
indistintamente. Esto no es recomendable por los daños que causa a la
tubería de revestimiento y a las conexiones superficiales.
InstalaciónInstalaciónInstalaciónInstalación SemicerradaSemicerradaSemicerradaSemicerrada::::
Se utiliza tubería de producción y un empacador para aislar el espacio
anular. Es el diseño más común en la explotación de hidrocarburos
empleado en nuestro país, lo cual permite aprovechar óptimamente la
energía del yacimiento, protegiendo al mismo tiempo las tuberías y
conexiones superficiales de los esfuerzos a que son sometidos,
explotándose solamente por el interior de la tubería de producción.
InstalaciónInstalaciónInstalaciónInstalación cerradacerradacerradacerrada::::
Este diseño es similar al anterior, la única diferencia es la instalación de
una válvula de retención alojada en un niple de asiento, seleccionando
su distribución en el aparejo. Este accesorio permite el paso de los
fluidos en una sola dirección.
TERMINACIÓN CON APAREJO TERMINACIÓN CON APAREJO TERMINACIÓN CON APAREJO TERMINACIÓN CON APAREJO
DE BOMBEO MECÁNICODE BOMBEO MECÁNICODE BOMBEO MECÁNICODE BOMBEO MECÁNICO
El bombeo mecánico es un sistema artificial de producción en el cual el
movimiento de la unidad superficial se transmite a la bomba por medio
de una sarta de varillas de succión.
Debido a que se usa una bomba de émbolo, el movimiento de las
varillas produce un vacío en el interior del barril de trabajo, ocasionado
por la salida parcial del émbolo, haciendo que el líquido entre al barril
de trabajo a través de la válvula de pie ocupando el espacio vacío
El desplazamiento de líquido y su descarga a través de la válvula
viajera y de la tubería de descarga, se produce haciendo entrar
nuevamente el émbolo. Este es el sistema más ampliamente usado en
pozos someros y de profundidad media.
PartesPartesPartesPartes principalesprincipalesprincipalesprincipales deldeldeldel aparejoaparejoaparejoaparejo dededede bombeobombeobombeobombeomecánicomecánicomecánicomecánico
�BombaBombaBombaBomba superficialsuperficialsuperficialsuperficial....
Es utilizada para admitir el fluido de la formación al interior de la T.P. y
llevarlo hasta la superficie. Consta de cuatro elementos que son: el
barril, el émbolo, la válvula viajera, y la válvula de pie.
�VarillasVarillasVarillasVarillas dededede succiónsucciónsucciónsucción....
Trasmiten el movimiento de la varilla pulida (ascendente o descendente)
hasta el émbolo de la bomba (transmisión de la potencia del motor
principal al émbolo de la bomba).
�UnidadUnidadUnidadUnidad superficialsuperficialsuperficialsuperficial....
Su función es trasmitir el movimiento giratorio de la flecha del motor
principal a un movimiento de forma reciproca en la varilla de succión;
tiene un freno para detener la unidad en cualquier posición
�ReductorReductorReductorReductor dededede engranesengranesengranesengranes....
Reduce la velocidad de la flecha del motor principal a una velocidad de
bombeo adecuado. Está conformado por una flecha de entrada corta y
una flecha de salida larga o manivela.
�MotorMotorMotorMotor principalprincipalprincipalprincipal....
Proporciona la potencia necesaria para impulsar a la bomba en el fondo
del pozo para que los fluidos puedan ser transportados hasta la
superficie; puede ser de combustión interna (generalmente de gas
natural o de diesel) o eléctrico, las ventajas que representa el uso de
cada motor depende de la disponibilidad del combustible y de los
costos que represente
Ciclo de bombeo
1. Al principio el émbolo se mueve hacia abajo cerca del fondo de la
carrera descendente; el fluido pasa por el barril de la bomba a través de
la válvula viajera abierta, mientras el peso de la columna de fluido
dentro de la tubería de producción es soportado por la válvula de pie
que se encuentra cerrada.
2. El émbolo se mueve hacia arriba, cerca del fondo de la carrera
ascendente. La válvula viajera se cierra y la válvula de pie esta abierta
admitiendo la producción del pozo.
3. El émbolo se mueve hacia arriba, cerca de la parte superior de la
carrera ascendente. La válvula viajera está cerrada y la válvula de pie
está abierta, admitiendo la producción del pozo.
4. El émbolo se mueve hacia abajo, cerca de la parte superior de la
carrera descendente. La válvula de pie esta cerrada a causa del
incremento de presión resultante de la compresión de los fluidos en el
volumen existente entre las válvulas viajera y de pie. La válvula viajera
está abierta. Cuando el émbolo llega al fondo de la carrera
descendente, el ciclo de bombeo se repite.
Clases de unidades de Clases de unidades de Clases de unidades de Clases de unidades de Bombeo Bombeo Bombeo Bombeo MecánicoMecánicoMecánicoMecánico
ClaseClaseClaseClase IIII....
Este tipo de unidades tiene el reductor de engranes colocado en la
parte trasera con apoyo a la mitad del balancín, se conoce también
como Unidad Convencional. El esfuerzo del motor principal es aplicado
en el extremo del balancín y la resistencia de la carga del pozo esta
aplicada en el extremo opuesto del balancín.
ClaseClaseClaseClase IIIIIIIIIIII....
Este tipo de unidad tiene el reductor de engranes colocado al frente; el
esfuerzo del motor principal y la resistencia de la carga del pozo se
aplican al mismo extremo del balancín con relación al apoyo que se
encuentra al otro extremo.
BOMBEO
ELECTROCENTRÍFUGO
SUMERGIDO CON
TERMINACIÓNES
INTELIGENTES (BEC)
Definición De BEC Con Terminaciones InteligentesDefinición De BEC Con Terminaciones InteligentesDefinición De BEC Con Terminaciones InteligentesDefinición De BEC Con Terminaciones Inteligentes
El BEC incrementa la presión en la T.P desde el nivel que se desee en
el frente de la formación hasta superficie, por lo que ayudará a elevar
los fluidos producidos.
El sistema opera sin empacador inferior de la TP, generalmente por
arriba de los disparos.
En la actualidad ha cobrado mayor importancia debido a la variedad de
casos industriales en los que es ampliamente aceptado.
Beneficios de Integrar BEC con Terminaciones Beneficios de Integrar BEC con Terminaciones Beneficios de Integrar BEC con Terminaciones Beneficios de Integrar BEC con Terminaciones
Inteligentes (TI)Inteligentes (TI)Inteligentes (TI)Inteligentes (TI)
La tecnología de control y monitoreo de pozo inteligente complementa
las capacidades del sistema BEC, proporcionando la capacidad de
balancear la producción de zonas múltiples, restringiendo o cerrando
zonas con alta producción de gas o agua.
Los beneficios de implementar T.I con instalaciones BEC, incluyen:
• La energía transferida a la producción de aceite por
estrangulación y/o cerrar las zonas productoras de agua.
• Reducción en producción aplicada a zonas de menor
producción.
• El perfil de flujo a lo largo de las secciones horizontales
puede ser maneja para evitar el avance temprano de agua.
• El tamaño de la BEC puede ser reducida para adaptarse
mejor a los requerimientos de producción.
• El tamaño del separador de gas del BEC de fondo y el equipo
de manejo de gas puede ser reducido.
• Estos beneficios resultan en altas producciones, mejorar la
recuperación, y reducir los costos de levantamiento.
Consideraciones para Instalar un BEC con Consideraciones para Instalar un BEC con Consideraciones para Instalar un BEC con Consideraciones para Instalar un BEC con
Terminaciones InteligentesTerminaciones InteligentesTerminaciones InteligentesTerminaciones Inteligentes.
La aplicación del BEC con T.I requiere especiales consideraciones,
entre estas se incluye la capacidad de desenganchar la bomba de
fondo de la terminación, el control del pozo y minimizar el daño de la
formación a través del cierre en el frente del la formación. Cuando se
considera combinar BEC y tecnología de pozo inteligente, varios
temas clave deben ser considerados en un contexto del sistema total
para garantizar el diseño apropiado, instalación y operación del pozo
“BEC inteligente”.
1. Penetraciones en el cabezal. La disposición para los conductores
de energía eléctrica, cables, líneas de control hidráulico, y cables
de fibra óptica que pasan a través de la cabeza del pozo es
limitado.
2. Escenarios de flujo, tamaño del
BEC y control de velocidad. La
clave es entender el perfil de
diseño de la terminación, que
rango de condiciones de
entrada/salida se esperan para la
terminación de pozo y para la
tendencia del BEC.
3. Comunicación interfaz del sistema de comunicación y control. El
desarrollo de herramientas relacionadas con la ingeniería petrolera,
así como software para la optimización de la producción.
Equipo
superficial
Transformador
• Se utiliza para dar el voltaje requerido para alimentar al motor de fondo en el pozo.
Tablero de
control
• Gobierna la operación del aparejo de producción en el fondo del pozo.
• El panel de control está diseñado para proteger el sistema de bombeo de averías y fallas prematuras por los cierres positivos en base a parámetros de alarma pre-programados, y evitar volver a empezar hasta que se considere seguro.
Variador de
frecuencia
• Es una herramienta poderosa en las operaciones del BEC. El principio del motor es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna (AC) por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor. Un variador de frecuencia es un caso especial de un variador de velocidad.
Caja de venteo
• Se instala por razones de seguridad entre el cabezal del pozo y el tablero de control, debido a que el gas puede viajar a lo largo del cable motriz y alcanzar la instalación eléctrica en el tablero.
Equipo sub-superficial.
Bomba.
• Su función básica es imprimir a los fluidos del pozo, el incremento de presiónnecesario para hacerlos llegar a la superficie con la presión necesariasuficiente en la cabeza del pozo.
Motor.
• Recibe la energía desde una fuente superficial, a través de un cable, sudiseño es compacto y especial para ser introducido a la tubería derevestimiento
• Los motores son llenados con un aceite mineral altamente refinado queproporciona una rigidez dieléctrica lubricando los cojinetes para tener unabuena conductividad para disipar el calor generado por el motor
Protector
• Diseñado para igualar la presión del fluido del motor y la presión externa del fluidodel pozo a la profundidad de colocación del aparejo.
Separador.
• Sirve como succión o entrada de fluidos a la bomba y desvía el gaslibre de la succión hacia el espacio anular.
• El uso del separador de gas permite una operación de bombeo máseficiente en pozos gasificados, ya que reduce los efectos dedisminución de capacidad de carga en el motor producidas por lasevera interferencia de gas.
Funciones del protector
• Evitar la contaminación del aceite lubricante del motor con el fluidodel pozo.
• Aloja un cojinete que absorbe el empuje axial desarrollado por labomba.
• Conecta la carcasa de la bomba con la del motor y une rígidamentela flecha impulsora del motor con la flecha de la bomba.
• Provee un receptáculo para compensar la expansión y contraccióndel aceite lubricante del motor.
Cable motriz.
• Proporciona la energía necesaria para impulsar al motor, se llevadesde la superficie por medio de un cable conductor, el cual debeelegirse de manera que satisfaga los requisitos de voltaje y amperajepara el motor en el fondo de pozo, y que reúna las propiedades deaislamiento que impone el tipo de fluidos producidos.
• La resistencia es inversamente proporcional a la longitud delconductor.
• A mayor diámetro la corriente tiende a pasar mas rápido por el alambrey tiene menos resistencia, lo que a menor diámetro hay másresistencia.
Otro Tipo De Terminacion
El tipo de terminación de un pozo petrolero, tendrá influencia en la vida
productiva actual del pozo, en el intervalo productor bajo la acción de
esfuerzos in-situ que van cambiando gradualmente durante el
agotamiento o caída de presión del yacimiento, y estos esfuerzos no
son bien conocidos.
Dependiendo de los accesorios con que vaya provista la tubería de
producción será el tipo de aparejo:
Pozo Fluyendo Con Empacador.Pozo Fluyendo Con Empacador.Pozo Fluyendo Con Empacador.Pozo Fluyendo Con Empacador.
• Está formado por un empacador
recuperable o permanente, una válvula
de circulación y la tubería de
producción.
• El flujo y presión del aceite y gas se
controlan por medio de un
estrangulador instalado en el árbol de
válvulas.
Pozo Fluyendo Por T.P. FrancaPozo Fluyendo Por T.P. FrancaPozo Fluyendo Por T.P. FrancaPozo Fluyendo Por T.P. Franca.
Propiamente es la tubería de producción
colgada y situada a determinada
profundidad sobre el intervalo productor.
Los fluidos que aporte pueden explotarse
por dentro y fuera de la T.P., aunque no es
recomendable que produzca por el espacio
anular, ya que el interior de la T.R. se
expone a daños por fricción y corrosión
Aparejo fluyente doble.Aparejo fluyente doble.Aparejo fluyente doble.Aparejo fluyente doble.Está formado por dos empacadores:
Uno permanente inferior y otro recuperable de doble terminación superior;
una junta de seguridad; dos válvulas de circulación y dos tuberías de
producción. Se denomina sarta larga (S.L.) a la sección por donde
aporta fluidos el intervalo inferior y sarta corta (S.C.) por donde fluirá el
aceite y gas del intervalo superior. Las tuberías pueden seleccionarse de
igual o diferentes diámetros.
Por la sarta larga (S.L.) desalojan los fluidos de los intervalos inferior e
intermedio y por la sarta corta (S.C.) descargarán los fluidos del
intervalo superior. En cualquier tipo de aparejo fluyente seleccionado,
los empacadores de producción son el elemento de sello cuya finalidad
principal es la de aislar el ó los intervalos abiertos entre sí, además de
evitar la comunicación entre las tuberías de producción y las de
revestimiento.
