View
238
Download
3
Category
Preview:
DESCRIPTION
Conceptos básicos para la realización de análisis nodal en pozos petroleros.
Citation preview
Sch
lum
berg
er Private
Curso de Entrenamiento
ANALISIS NODAL
Presentado por:Fernando L. Morales U.
Sch
lum
berg
er Private
Proceso de Producción de un Pozo
Comprende el recorrido de los fluídos desde el radio de drene del pozo hasta el separador de producción.
Comprende 4 elementos claramente identificados: Yacimiento Terminación Pozo (tuberías vertical y extrangulador) Línea de flujo/descarga superficial
Presión de Entrada: Pws
Presión de Entrega: Psep
Sch
lum
berg
er Private
Proceso de Producción de un Pozo
PROCESO DE PRODUCCION
Proceso de transporte de los fluídos desde el radio de drene en
el yacimiento hasta el separador
Yacimiento
PsepPresión de Entrega
Gas
Liquido
Terminación
Presión Inicial:Pws
Pozo
Línea de Flujo
Sch
lum
berg
er Private
Balance de Energía en el Sistema Y/P
La perdida de energía (presión) a través de cada componente esta en función de:
Características propias de cada componente Características de los fluídos producidos Gasto del flujo transportado
La capacidad de producción de un sistema responde a un balance de energía:
Pws – Psep : P1 + P2 +P3 +P4
Sch
lum
berg
er Private
Pérdidas de Presión en el Sistema Y/P
•
–
P1 = Pr - Pwfs = Caída de presión en el yacimiento (IPR) P2 = Pwfs - Pwf = Caída de presión en la Terminación
P3 = Pwf - Pwh = Caída de presión en el pozo (Tuberias y extrg.)
P4 = Pwh - Psep = Caída de presión en la línea de flujo superficial
Pr PePwfsPwf
P1 = (Pr - Pwfs)
P2 = (Pwfs - Pwf)
P3 = Pwf - Pwh
P4 = (Pwh - Psep)
Psep
Sales lineGas
Liquid
Stock tank
PT = Pr - Psep = Caída total de presión
Adapted from Mach et al, SPE 8025, 1979.
Pwh
Sch
lum
berg
er Private
Balance de Energía en el Sistema Y/P
Tradicionalmente el balance de energía se relizaba únicamente en el fondo del pozo.
La disponibilidad actual de de simuladores de procesos de producción (ej. PIPESIM) permite el fácil computo de dichos balances en otros puntos o NODOS (Cabeza de pozo, separador, etc)
Sch
lum
berg
er Private
Balance de Energía en el Sistema Y/P
Para realizar el balance de energía en el nodo:
• Se asumen convenientemente varios gastos de flujo • Se determina la presión a la cual el yacimiento
entrega dichos gastos al nodo • Se determina la presión requerida a la salida del
nodo para transportar y entregar dicho gasto en el separador
Sch
lum
berg
er Private
Balance en la Cabeza del Pozo
Nodo localizado en la cabeza del pozo:
Presión de llegada al nodo: Pwh (oferta) = Pws - P1 - P2 - P3
Presión de salida del nodo: Pwh (demanda) = Psep + P4
Pr PePwfsPwf
P1 = (Pr - Pwfs)P2 = (Pwfs - Pwf)
P3 = Pwf - Pwh
P4 = (Pwh - Psep)
Psep
Presión de entregaGas
LiquidoTanques
Pwh
Sch
lum
berg
er Private
Balance en el Fondo del Pozo
Nodo localizado en el fondo del pozo:
Presión de llegada: Pwf (oferta) = Pws - P1
Presión de salida: Pwf (demanda) = Psep + P4 + P3 +P2
Pr PePwfsPwf
P1 = (Pr - Pwfs)P2 = (Pwfs - Pwf)
P3 = Pwf - Pwh
P4 = (Pwh - Psep)
Psep
Presión de EntregaGas
LiquidoTanques
Pwh
Sch
lum
berg
er Private
Balance de Energía en el Sistema Y/P
La representación gráfica de la presión de llegada de los fluídos al nodo en función del caudal o gasto de producción se denomina CURVA DE OFERTA DE ENERGIA O DE FLUIDOS DE YACIMIENTO (Curva IPR o Inflow)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Production rate, STB/D
Flo
win
g b
ott
om
ho
le p
ress
ure
, psi
Inflow (Reservoir) Curve
Sch
lum
berg
er Private
Balance de Energía en el Sistema Y/P
La representación gráfica de la presión requerida a la salida del nodo en función del gasto de producción se denomina CURVA DE DEMANDA DE ENERGIA O DE FLUIDOS DE INSTALACION (Curva de Transporte o “Outflow”)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Production rate, STB/D
Flo
win
g b
ott
om
ho
le p
ress
ure
, p
si
Tubing Curve
Sch
lum
berg
er Private
Balance de Energía en el Sistema Y/P
La representación gráfica de la intersección de ambas curvas establece la CAPACIDAD DE PRODUCCION DEL SISTEMA O PUNTO DE OPERACION
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Production rate, STB/D
Flo
win
g b
ott
om
ho
le p
ress
ure
, p
si
Inflow (Reservoir) Curve
Tubing Curve
Operating Point
Sch
lum
berg
er Private
Balance de Energia en el Sistema Y/P
El nodo debe colocarse en función del componente del sistema que se quiere modificar (VARIABLE):
• Facilita el estudio
• Reduce el tiempo de computo (cálculos)
Cuando la demanda de energía en el nodo es mayor a la oferta del yacimiento para cualquier gasto de flujo entonces se requiere del uso de una fuente externa de energía:
SISTEMA DE PRODUCCION ARTIFICIAL:• Bombeo Neumático (Gas Lift o BN)
• Bombeo Mecánico (BM)
• Bombeo Electrocentrifugo (BEC)
• Bombeo de Cavidad Progresiva (BCP)
• Bombeo Hidráulico (BH)
Sch
lum
berg
er Private
Técnica de Análisis Nodal
Optimización de pozos de petróleo que producen mediante flujo natural.
Consiste en:
• Minimizar los requerimientos de energía en la cara de la arena productora.
• Maximizar el diferencial de presión a través del yacimiento
• Provocar mayor afluencia de fluídos (sin generar problemas de producción)
Para ello se debe:
• Realizar un análisis de sensibilidad de las variables del sistema
• Cuantificar su impacto sobre el gasto de producción mediante el balance de energía de AFLUENCIA y TRANSPORTE.
Sch
lum
berg
er Private
Afluencia de Arenas Productoras
Las curvas IPR (relacion de comportamiento de afluencia) son extremadamente importantes para el análisis de sistemas de producción (capacidad productiva del pozo)
En esta seccion estudiaremos:
• Métodos abreviados para la preparación de las curvas IPR.
• Equaciones de Flujo (Monofásico y Bifásico)• Equación de Darcy
• Equación de Vogel
Sch
lum
berg
er Private
Capacidad del Yacimiento
Ley de Darcy: Predice gastos de flujo (laminar,
Monofásico ) desde el yacimiento hacia el borde interior del pozo.
s75.0r
rlnB
pphk10X08.7q
w
eoo
wf3
En donde S = factor de daño o “Skin” (adimensional)
Sch
lum
berg
er Private
Indice de Productividad
Un indicador del comportamiento general del yacimiento es el índice de Productividad o IP
Conocido como “J” en la nomenclatura SPE
psi/D/STBpp
qJ
wf
Sch
lum
berg
er Private
Indice de Productividad
En términos de la ley de Darcy:
s75.0rr
lnB
hk10X08.7J
w
eoo
3
Sch
lum
berg
er Private
Cálculo de Gasto de Flujo
Usando PI, podemos calcular el gasto de flujo , q, de una manera rápida y sencilla con:
)pp(Jq wf
Sch
lum
berg
er Private
Ejemplo 1
Dados los siguientes parámetros de yacimiento:
k = 30 mdh = 40 fto = 0.5 cp
Bo = 1.2 BY/STB
agujero = 8 ½ “s = 0re = 1000 ft
Sch
lum
berg
er Private
Ejemplo 1
Calcular: J para re = 1,000 pie
q para un P de 750 psi
q para un P de 1,000 psi
Si el P = 3,000 psia es el P completo calcular el AOFP (“potencial absoluto del pozo”).
Sch
lum
berg
er Private
Flujo Multifásico
Presión de Burbuja (pb) Presión a la cual se libera la primera burbuja
de gas del petróleo del yacimiento. Equación de Vogel Curva IPR - Vogel gráfica los datos usando los siguientes variables
adimensionales:
y
p
pwf
maxq
q
Sch
lum
berg
er Private
Curva de Vogel
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
q/qmax
pw
f/pr
Sch
lum
berg
er Private
Curva de Vogel
Modelo Matemático para la curva de Vogel:
Ampliamente usada en la predicción de curvas IPR cuando existen dos fases (líquido y gas).
No es recomendada para A&S>50%
2
8.02.01p
p
p
p
q
q wfwf
max
Sch
lum
berg
er Private
Flujo Multifásico
Relación Matemática entre Vogel (qmax) y Darcy (AOF)
8.1
pJ
8.1
AOFqmax
Sch
lum
berg
er Private
Flujo Multifásico
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
q/qmax
pw
f/pr
IPR cte.
Vogel
Sch
lum
berg
er Private
Ejemplo 2
Parametros de Yacimiento = 3,350 psia
k = 140 md
h = 35 pie
o = 0.8 cp
Bo = 1.25 BY/STB
re = 2,000 pie
rw = 0.411 pie
pb = 3,000 psia
s = 2
p
Sch
lum
berg
er Private
Ejemplo 2
Calcular J
Calcular qmax
Construir la curva IPR (PIPESIM)
Sch
lum
berg
er Private
Flujo Multifásico Combinación Darcy/Vogel
qmax
J pb
1.8
qO
O
qb
Tasa de Flujo
pwf
pb
Pre
sio
n
pJ Const.
Comp. Vogel
Sch
lum
berg
er Private
Curvas IPR - Consideraciones
Valores asumidos: Las leyes de Darcy, Vogel y Jones(pozos de gas)
asumen que la presión promedio es constante Asumen que el radio de drene, re, es constante
Estas suposiciones son correctas solo en estado pseudo-estacionario, ej. Cuando son alcanzados todos los límites externos del yacimiento.
p
Sch
lum
berg
er Private
Procedimiento para el Calculo de la Curva IPR (Pozos de Aceite)A partir de los valores de Pb, Pws y J conocidos: 1. Se supone un valor de Pwf menor que Pws, (en las iteraciones sucesivas se
considera un valor de Pwf menor que el de la iteración anterior).
2. Si Pwf > Pb, se toma el valor de índice de productividad constante para calcular el valor del gasto (q) correspondiente: q = J (Pws - Pwf)
3. Si Pwf < Pb, el valor del gasto se calcula con las ecuaciones siguientes (Método de Vogel): qb = J (Pws - Pb)qmax = qb + J Pb /1.8 q = qb + (qmax -qb)(1-0.2(Pwf / Pb ) - 0.8 (Pwf / Pb)2 )
Suponiendo valores de Pwf se calcula el valor de q.
Sch
lum
berg
er Private
Flujo Multifásico en Tuberías Objetivos
1. Explicar los tres componentes de pérdida de presión en tuberías.
2. Definir colgamiento (holdup) de líquido.3. Explicar la forma de la curva de TRANSPORTE
(curva de TP).4. Selección de la correlación apropiada para gas
o petróleo. 5. Definir y calcular el gasto crítico para remover
líquidos.
Sch
lum
berg
er Private
Pérdida de Presión en Tuberías Inclinadas
Z
P
h
After Brown, Technology of Artificial Lift Methods, Vol 4, p. 71
Sch
lum
berg
er Private
Componentes de Pérdida de Presión
dZ
dv
g
v
dg
vf
g
g
dZ
dP m
c
mm
c
mmmm
ctot
2
sin2
ElevacionFriccion
Acceleracion
Sch
lum
berg
er Private
Correlaciones Modelos Empiricos Generalizados
Basados en análisis dimensionales desarrollados por Duns & Ros
Duns & Ros (1963) Hagedorn & Brown (1963) Orkiszewski (1967) Beggs & Brill (1973) Mukherjee & Brill (1983)
Sch
lum
berg
er Private
CorrelacionesModelos Mecanisticos
Tartan de predecir caídas de presión incorporando todas las variables importantes y una rigurosa descripción del proceso físico
MONA (1986)
Sylvester & Yao (1987)
Ansari (1987)
Sch
lum
berg
er Private
Correlaciones – Pozos de Gas con Alto GLR
Cullender & Smith (1956) Solo gas seco, no recomendado
Flujo fundamental Solo gas seco
Flujo fundamental adj Adjusta la densidad del gas para GLR > 50,000
Sch
lum
berg
er Private
Correlaciones – Pozos de Gas Bajo GLR
Gray (1974) Gas asociado, condensados
Ros & Gray (1961)
También algunas correlaciones para petroleo pueden ser útiles Duns & Ros (1963)
Hagedorn & Brown (1963)
Sch
lum
berg
er Private
Curva de Transporte (TP)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Production rate, STB/D
Flo
win
g b
ott
om
ho
le p
ressu
re,
psi Tubing Curve
Stable phase
Unstable phase
Sch
lum
berg
er Private
Análisis Nodal Aplicado a
Estimulación de Pozos
Sch
lum
berg
er Private
Daño de Formación
Definición de Daño:
Taponamiento parcial o completo o cerca del area del pozo (cara de la arena) que reduce la permeabilidad original de la formación.
El daño es denominado cumunmente como Skin ( S )
Sch
lum
berg
er Private
Modelo del Efecto de Daño en el Yacimiento
Bloque deFormación
h
rw
ka
ra
Zona Alterada
Sch
lum
berg
er Private
Ecuacion de Estado Pseudo-Estacionario / Darcy
Q = kh(Pws - Pwf)/(141.2moBo(ln(Re/Rw) - 0.75 + s))) para Aceite
Q = kh(Pws2 - Pwf2)/(1422mTzo(ln(Re/Rw) - 0.75 + s + DQ))) para gasDonde: s es daño k es Permeabilidad de formación h espesor de la formación m es la viscosidad del gas o aceite B es el factor de Volumnen de Formación Re es el Radio de Drenaje Rw es el Radio del Pozo T es la Temperatura Z el factor de Compresibilidad
Sch
lum
berg
er Private
Ecuacion de Estado Pseudo-Estacionario / Darcy
La ecuación de PSS/Darcy asume que el fluído es de una sola fase, en flujo laminar y escencialmente incompresible.
Usando la Ecuacion de PPS /Darcy se pueden hacer sencibilidades con el factor de daño (S):
Q = kh(Pws - Pwf)/(141.2moBo(ln(Re/Rw) - 0.75 + s)))
Lo que nos permite hacer sencibilidades y evaluar los beneficios de una estimulación
Sch
lum
berg
er Private
Sencibilidad Con Factor de Daño
Sch
lum
berg
er Private
Sencibilidad Con Factor de Daño
t=0 => S=0
t=1 => S=30
Ajuste de los Modelos & Estimación de S
Sch
lum
berg
er Private
Sencibilidad Con Factor de Daño
S=3
S=15S=30
Estimación de S después de Estimulación
Recommended