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• John Tavera

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Pozo Flujo Natural / Pozo Gas Lift

Pozo Flujo Natural

Pozo en Gas Lift

Salida de gas y crudo

Salida de gas y crudo

(A)

(B) Entrada de Gas

Crudo y gas de formación

Crudo y gas de formación

Pozo de flujo natural donde el peso de la columna es disminuido por Gas de formación

Pozo en Gas Lift, donde el peso de la columna es disminuido por gas de formación y el gas de inyección

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Esquema de Gas Lift en Superficie Estación de Flujo

Planta Compresora

Múltiple de gas

Procesamiento

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Gas a Venta

Ventajas de Gas Lift • Método probado • Bajo costo de equipo downhole. • Puede ser instalado y atendido sin workover • Flexible a cambios de condiciones de funcionamiento • No afectado por la arena, escamas y asfáltenos • OK para pozos desviados • Permite la inyección química downhole • OK en pozos calientes • Tolera GOR alto • Tubería abierta para PLT 3

Desventajas de Gas Lift • Se necesita suministro de gas. • Puede ser lento para arrancar después del cierre. • Necesario suministro de gas por línea de flujo para cada pozo • El diseño de la tubería, el Casing y el Cabezal de pozo, deberían resistir el gas de alta presión. • Manejo de Altas Presiones en Cabezales. • Formación de Hidratos. • Menor capacidad de producción que ESPs. • Interferencia de válvula; cabeceo.

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Costos asociados al Gas Lift

• Provisión de suministro de gas

• Compresión de gas • Provisión de energía • Línea de gas al pozo • Completación de Gas lift • Costos operativos

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Completaciones de Gas Lift Salida de gas y crudo

Entrada de Gas Entrada de Gas

Completación simple de Gas Lift continuo flujo por tubería

Salida de gas y crudo

Completación simple de Gas Lift continuo flujo por Anular 6

Completaciones de Gas Lift Salida de gas y crudo

Salida de gas y crudo

Entrada de Gas

Entrada de Gas

Completación Simple de Gas Lift intermitente

Completación dual de Gas Lift continuo flujo por tubería 7

Consideraciones de Diseño de Gas Lift • Fuente de Suministro de Gas • Suministro de Gas comprimido/Presión de Arranque Kick off • Volumen de Suministro de Gas • Tamaño de Tubería • Tubería / Flujo Anular • Número y Espaciamiento de Válvulas Gas lift • Tipo de válvula (IPO o PPO) • Presión de Separador (FTHP)

• Presiones de transferencia de válvula / márgenes de diseño de válvula • Equipos de Seguridad (Downhole)

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Objetivos de Diseño / Consideraciones • Permitir que el gas de levantamiento sea inyectado tan profundo como sea posible.

• Conservar Presión de Inyección (CHP operación) tanto como sea posible. • Asegurar que todas las válvulas de descarga superiores estén cerradas después de que el Punto de Operación haya sido alcanzado. • Garantizar la descarga del pozo con la presión de inyección disponible sin tener en cuenta el nivel líquido en la tubería. • Asegurar que por las Válvulas de descarga pase la cantidad correcta de gas que permita el cierre en secuencia de las mismas. (Análisis Avanzado) • Asegurar que el diseño sea perdurable ante condiciones futuras. 9

Etapas de Diseño de Gas Lift

Diseño de Gas Lift

√

Posición Válvula Operadora

√

Espaciamiento de Mandriles

√

Diseño de Válvulas

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Posición de Válvula Operadora

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Posición de la Válvula Operadora • El Punto Máximo de Inyección, es el punto de equilibrio entre la presión de inyección de gas y la presión hidrostática de la columna de fluido en el tubing, a la misma profundidad y un diferencial presión. • Este punto debe correlacionarse con el diferencial de presión que se quiera utilizar sobre la válvula durante la operación. • Una Válvula Operadora se puede colocar arriba del Punto Máximo, pero el sistema no va a ser eficiente y en algunos casos el pozo ni siquiera puede producir. • A su vez no tiene sentido colocar la válvula por debajo del Punto Máximo de Inyección, pues NO existe presión de inyección suficiente para abrirla. 12

Posición de la Válvula Operadora • La profundidad de la válvula operadora determina la presión hidrostática por encima del punto de inyección (columna gasificada), de esta forma determina también la presión de fondo fluyente y el drawdown en la cara de la formación. • Mientras más profundo se pueda posicionar la válvula operadora mayor será la producción del pozo. • Factores limitantes: ─ Presión de gas de inyección disponible: Permite determinar la profundidad del

punto máximo de inyección. ─ Cantidad de gas inyectada: Determina la columna hidrostática por encima del punto de inyección. 13

Posición de la Válvula Operadora

• La profundidad ideal debería ser “el punto más profundo de inyección”

para las condiciones del sistema Yacimiento / LAG / Pozo. • Las condiciones del sistema Yacimiento / LAG / Pozo variarán con la vida del pozo. Se deben considerar las condiciones “promedio” o las “peores” al diseñar. • Cuales podrían ser las peores condiciones de operación?

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Máximo punto de inyección: Efecto de Qgi

increasing Qgi

• Si Qgi (volumen de gas de iny) aumenta, se mueve la curva de presión de la TP hacia la izquierda. • Esto resulta de alivianar la columna dentro de la TP por el incremento en la cantidad de gas en la tubería.

deepest valve position moving down

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Máximo punto de inyección: Efecto de Corte Agua

• Al aumentar el corte de agua la curva del pozo se mueve hacia la derecha.

increasing water cut

• Esto resulta de el aumento en la hidrostática por el mayor peso de la columna de fluido en la TP.

deepest valve position moving up

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Gráfico de Presión Gas Lift CHP oper

Pressure

Gradiente de presión de gas Gradiente de fluido arriba del punto de inyección (gradiente objetivo) Diferencial a través de la válvula operadora Profundidad de inyección Punto de balance de P, o máximo de inyección Gradiente de fluido por debajo del punto de inyección Presión de reservorio

Depth

THP

mid perf depth

drawdown

Pressure

Rate

Presión de fondo fluyente

IPR del pozo 17

Espaciamiento de Mandriles

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Espaciamiento de Mandriles Requerimientos: • Número mínimo de válvulas • Minimizar costo • Minimizar fugas potenciales en la tubería

• Flexibilidad para levantar tan profundo como lo permitan las condiciones • Se debe usar el “bracketing envelope” para tener en cuenta

condiciones cambiantes en la operación • Evitar interferencia entre válvulas • Espaciamiento mínimo de los mandriles 450 ft 19

Overview Espaciamiento de Mandriles

CHP Max

THP

Kick off

Gradiente Fluido Muerto

Tp Casing Closing Margin

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Operación de transferencia pressure

depth

pressure

Válvula superior

Válvula superior

Válvula inferior

Válvula inferior 21

Diseño de Válvulas

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Revisión Principios Básicos

• Normalmente la válvula Operadora es solo un orificio, es decir que

siempre esta abierta y no se puede cerrar ( No presenta calibración).

• Todas las válvulas están abiertas al empezar el proceso de descarga. • Las válvulas abren y cierran de acuerdo a la presión de domo, presión de apertura y presiones de Casing y Tubing. 23

Revisión Principios Básicos • Cuando pasa gas por la válvula esta se asume 100% abierta y el

volumen de gas se deriva de el concepto de paso de gas por un orificio cuadrado. • La válvula se asume totalmente abierta hasta que la presión es suficiente para abrir la válvula inferior y entonces la válvula empieza a cerrarse. • La válvula permite flujo a un Volumen constante durante toda su apertura. 24

Válvula IPO al Abrir

•

La fuerza de cierre la provee presión de nitrógeno actuando sobre el área

(Ab - Ap)

del fuelle (bellows) •

La fuerza de apertura es una combinación de presión de Tubing

Pd

actuando sobre la bola y presión de Casing actuando alrededor del área

Pd . Ab

del fuelle

Fuerzas de Cierre

Pd . Ab

Pc . (Ab - Ap)

Fuerzas de Apertura

Pt . Ap + Pc . (Ab – Ap)

Pd . Ab = Pt . Ap + Pc. (Ab – Ap) Pc.(Ab-Ap) = Pd.Ab-Pt.Ap Pc = (Pd.Ab-Pt.Ap)/(Ab-Ap) Pc = Pd.Ab/(Ab-Ap) – Pt.Ap/(Ab-Ap)

Pc Ap

Si dividimos por Ab y R=Ap/Ab: Pc = Pd/(1-R)- Pt.R/(1-R) Pov = (Pd - Pt.R) / (1-R)

Pt . Ap 25

Pt

Válvula IPO al Cerrar •

La fuerza de cierre la provee presión de nitrógeno actuando sobre el área del fuelle (bellows)

•

(Ab - Ap)

La fuerza de apertura la ejerce la Presión de Gas en el área alrededor del Fuelle y la Presión de Gas sobre la bola del Vástago.

Pd Pd . Ab Fuerzas de Cierre

Pd . Ab

Pgc . (Ab - Ap)

Fuerzas de Apertura

Pc . Ap + Pc . (Ab – Ap)

Ap

Pd . Ab = Pc . Ap + Pc . (Ab – Ap) Pd . Ab = Pc . (Ap + Ab – Ap) Pd . Ab = Pc . Ab Pd = Pc

Pg . Ap Pvcd = Pg = Pd

Antes de Cerrar Pd = Pg

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Pc SPREAD Pov - Pvcd

Revisión Principios Básicos Calibración de Válvulas

• Se hace en el taller del fabricante

• Se necesita un ensamblaje para probar la presión de apertura en superficie

• Todas las válvulas deben probarse antes de ser utilizadas y antes de ser retiradas

• La válvula como tal es el elemento más importante en el diseño.

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Revisión Principios Básicos Calibración de Válvulas Pruebas Realizadas:

1. Determinación y prueba de la presión de domo 2. Test Rack Opening Pressure – presión de apertura en taller 3. Test Rack Closing Pressure – presión de cierre y rango de movimiento del vástago 4. Carga de fluido del fuelle 5. Presión de calibración del resorte 28

Revisión Principios Básicos Calibración de Válvulas Banco de Pruebas

Pd @ 60F = Pd @ Prof x Factor corr. Temp Ptro (gauge) = Pd @ 60F/(1- R)

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= Pd @ 60F – 14.65 R/(1-R)

Revisión Principios Básicos Calibración de Válvulas

• La presión de domo se calibra para Pt=0 entonces, Pd = Pc . (1-R) • La

válvula

se

monta

en

el

ensamblaje

mostrado

anteriormente (Pc = Pd/(1-R). Esto se conoce como Ptro y da una idea de la presión de apertura de la válvula.

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Revisión Principios Básicos Calibración de Válvulas • La válvula se mantiene abierta ahora aplicando presión de Casing, se libera la de Casing hasta que la válvula cierra. La presión de Casing que registre al cerrarse se conoce como Test Rack Closing Pressure. • El “valve spread”, o rango de trabajo es la diferencia entre la TRO de apertura y la presion de cierre. Esta gobernada por el área del orificio, el área del fuelle y las características de hacer “throttling” de la válvula.

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Opciones de Dimensionamiento. 1. Tamaño de orificio, Cálculo utilizando la ecuación de Thornhill Craver. 2. Presiones de apertura y cierre, cálculo para cada válvula 3. Cálculo de presiones de diseño para cada válvula, “Dome” y “Test Rack Opening” (Tro) 4. Selección del Tipo de Válvula : - Calibrada - Orificio

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Opciones de Dimensionamiento. Resultados del diseño transferidos a el dimensionamiento (Sizing).

• Tasa de Inyección

Qgi

• Profundidades de válvulas

MD y TVD

• Temperatura del pozo

Temp

• Transferencia de presión en Tp Pt

P tubing

• Presión en “casing” Pvo

P Open Valve

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Presiones de Cierre y Apertura Se tienen dos métodos para determinar la Presión de domo.

1.- Usando la Presión de Casing de Operación (Pvo) Apertura de Válvula Profundidad ( P Open Valve). 2.- Especificando la Presión de Cierre en superficie (P Close Surf)

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Presiones de Cierre y Apertura 1.- Usando la (Pvo): • La presión de domo es calculada de: Pd = Pvo (1- R)+Pt (R) • La presión de cierre de válvula Pvc es igual a Pd • La presión de cierre en superficie (Psc) es la Pvc corregida por el gradiente de gas

• La presión de apertura en superficie es la Pvo corregida por el gradiente de gas 35

Presiones de Cierre y Apertura

Pvo Pd, Pvc Pd = Pvo (1- R)+Pt (R) Pso – Pvo Corregido Gradiente de Gas

Pt

R

Psc – Pd, Pvc

Corregido Gradiente de Gas

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Calibración de Presiones Pd a 60 °F Pd a Temp de Válvula

Cálculo TRO TRO= (Pdome a 60 °F - 14.65*R) /(1-R)

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PTRO