Analisis de Desempeño Del Pozo Basado en Calculos de Flujo e Ipr

7/23/2019 Analisis de Desempeo Del Pozo Basado en Calculos de Flujo e Ipr

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ANALISIS DE DESEMPEO DEL POZO BASADO EN CALCULOS DE FLUJO EIPR.

Resumen

Se ha hecho un estudio para analizar el sistema de produccin total mediante el

desarrollo de un modelo computacional. Cada componente del sistema de produccin hasido programado individualmente y luego vinculado en el programa computacional del

sistema de produccin de material compuesto. Estos componentes son; componente de

depsito, componente vertical, componente de estrangulador de superficie y finalmente el

componente horizontal.

Cada uno de los componentes es desarrollado usando varias ecuaciones o modelos para

determinar la prdida de presin a travs de dicho componente. En el presente estudio el

mtodo Wiggins ha sido usado para calcular las curvas !R. "os componentes horizontal

y vertical son desarrollados usando el modelo mecanistico de #mez. El modelo

mecanistico de "age ha sido usado para calcular la perdida de presin a travs de los

estranguladores en superficie.

Se presenta un e$emplo para analizar el sistema de produccin. Este e$emplo ha sido

usado para determinar el ptimo dise%o del sistema el cual ma&imizara las tasas de

produccin para un con$unto de condiciones.

INTRODUCION

El o'$etivo del an(lisis del sistema de produccin puede esta'lecerse como)

*!redecir la tasa de flu$o ptimo para condiciones de yacimiento espec+ficos.

*!redecir la ca+da de presin en tu'er+as verticales y anulares, y l+neas horizontales.

*!redecir la ca+da de presin a travs de los estranguladores en superficie de la ca'eza

de pozo.

*eterminar la presin en la ca'eza de pozo y presin del fondo del pozo para un pozo

especifico.

*eterminar el tama%o apropiado de tu'er+a, l+nea de flu$o y estranguladores en superficie

de la ca'eza del pozo.

-n reuerimiento '(sico para el an(lisis de un pozo es la ha'ilidad para definir por

completo la curva de comportamiento de pozo /!R0 del pozo. Se de'er( o'tener

informacin precisa y la aplicacin apropiada de la !R para un an(lisis e&itoso. Se

pueden usar modelos para otros componentes de pozo para asi poder completar el

desempe%o de pozo previsto.

"a 1igura /20 muestra los componentes ue constituyen un sistema de pozo detallado.

Empezando el yacimiento y procediendo hacia el separador, los componentes son)

componente de deposito, componente de sarta de tu'er+a /tu'er+a y espacio anular0,

componente de estrangulador en superficie, componente de l+nea de flu$o.

"a curva de comportamiento del pozo /!R0 es una parte esencial de la informacin ue

se reuiere en el an(lisis de produccin del pozo. 3uchos mtodos se han propuesto para


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predecir las curvas !R de un pozo. 4ro5n /26780, presento una solucin para calcular las

curvas !R para tres fases. Su mtodo se 'as en la com'inacin de la ecuacin de

9ogel para la !R de aceite y un +ndice de productividad constante para agua. Wiggins

/26680, desarrollo una ecuacin generalizada para predecir el rendimiento de influ$o. El

uso un simulador de resultados para generar curvas !R. Su mtodo asumi ue cada

fase puede ser tratada por separado.

El mtodo de 4ro5n difiere del mtodo generalizado para una !R de tres fases de

Wiggins de'ido a ue acopla las tasas de agua y aceite.

El uso de flu$o multifasico* correlacin de ca+da de presin es muy importante para

desarrollar los componentes verticales y horizontales del sistema de produccin. "a

correlacin ue es la m(s usada para flu$o multifasico vertical fue desarrollada por

:agedorn 4ro5n, uns Ros,


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"as ecuaciones de !R generalizadas son)

!r D !resin de yacimiento promedio.

!5f D !resin de fondo fluyente.

F D Gasa de produccin de aceite.

Fma& D Gasa de produccin m(&ima de aceite.

W D Gasa de produccin de agua.

Wma& D Gasa de produccin ma&ima de agua.

COMPONENTE %ERTICAL

Este componente se descri'e por el flu$o vertical multifasico en la seccin de tu'er+a, la

cual se divide en dos categor+as) /a0 multifases a travs de tu'er+as verticales, /'0 flu$o

multifasico a travs del espacio anular.

En la apro&imacin del modelo mec(nico, las varia'les importantes de flu$o multifasico

fueron incorporadas y luego acoplados con datos apropiados de la'oratorio y campo. "a

caracter+stica del patrn de flu$o e&istente es tomado a consideracin. "a prediccin del

patrn de flu$o representa el primer paso en el desarrollo de los modelos mec(nicos. El

otro paso es el desarrollo de un modelo de ca+da de presion para cada patrn de flu$o

para calcular el colgamiento liuido y la ca+da de presion.

3uchas correlaciones emp+ricas y modelos mec(nicos ue han sido desarrollados al paso

de los a%os son evaluados en este tra'a$o. "as correlaciones emp+ricas de uns Ros,

:agedorn 4ro5n,


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modelo puede ser aplicado para determinar la ca+da de presion tanto para tu'er+as

verticales y l+neas de flu$o horizontales, sin la necesidad de cam'iar entre diferentes

modelos. El modelo unificado consiste en un modelo de prediccin unificada de patrones

de flu$o y modelos separados para determinar la ca+da de presion para los patrones de

flu$o e&istente. El modelo predictivo de patrones de flu$o se 'asa en el modelo de 4arnea,

el cual es aplica'le para todos los rangos de los angulos de inclinacin. El modelo de

#omez presenta la transicin mec(nica para cada limite. El criterio de transicin para

cada patrn de flu$o es dada en la forma ya sea ecuaciones o planos.

"a 1igura = representa el plano de patrones de flu$o generalizado. El criterio de transicin

para este modelo, incluye desde flu$o estratificado al no estratificado, slug a 'ur'u$a

dispersa, anular a slug y 'ur'u$a a slug.

El criterio de transicin para flu$o estratificado a disperso es dado por la siguiente

condicin)

onde 1 es un grupo adimensional,

"a transicin de slug a 'ur'u$a dispersa ocurre 'a$o altas tasas de flu$o liuido, donde las

fuerzas tur'ulentas superan las fuerzas de tensin interfacial lo ue conlleva a ue se

disperse la fase de gas dentro de una 'ur'u$a peue%a la cual se determina a partir de la

siguiente ecuacin)

Se consideran dos di(metros de 'ur'u$a cr+ticos. El primero es el di(metro critico, por

de'a$o del cual no se deforman las 'ur'u$as de'ido a la aglomeracin o coalescencia, y

esto es dado por)

El otro di(metro critico es definido como el tama%o critico de 'ur'u$a por de'a$o del cual

las 'ur'u$as migran a la parte superior de la tu'er+a y se presenta por)


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Sin em'argo, la transicin a flu$o de 'ur'u$a dispersa ocurrir( cuando /dma& H dCo dC4 0.

"a transicin de 'ur'u$a a slug ocurre a 'a$as tasas de flu$o liuido. 4a$o esta condicin,

las fuerzas tur'ulentas son desprecia'les, y la fraccin vacia de gas /:# D >.=0 es critica.

Esta transicin es dada por)

"a condicin ue es dada por la ecuacin /70 se cumple en tu'er+as de di(metro grande y,

y solo para tu'er+as inclinadas 'ruscamente con angulos de inclinacin entre /@> 0 y /6> 0 y di(metros de tu'er+a mayores ue los proporcionados por la siguiente condicin)

"a transicin de slug a anular es predecida por la velocidad critica correspondiente al

modelo de gota usado por Gaitel y asociados, como sigue)

Entonces, el flu$o anular e&iste cuando la velocidad superficial del gas /9 S#0 es mayor ue

el 9S#crit.

espues de predecir el patrn de flu$o, se consideran modelos separados para calcular la

ca+da de presion para el patrn de flu$o predecido. El modelo de flu$o estratificado puede

ser descrito me$or con el flu$o separado. El euili'rio de fuerzas de impulso para las fases

liuidas y gaseosas en el flu$o estratificado son dadas respectivamente por)

Euiparando las ca+das de presiones en las dos fases, las com'inacin de las fuerzas de

impulso para las dos fases es o'tenida a continuacin)


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!ara el patrn de flu$o slug, el gradiente de presion promedio podr+a ser calculado a partir

de la siguiente ecuacin)

"as ecuaciones para el modelo de flu$o anular son similares a los modelos de flu$o

estratificado, pero con diferente configuracin geomtrica y el hecho de ue el gas natural

en el flu$o anular incluye entradas de liuido.

El 'alance de impulso so're la pel+cula liuida y el gas natural son dados

respectivamente, por)

!ara el flu$o vertical en tu'er+as, la presion en el fondo del pozo calculada con las

correlaciones de uns Ros, :agedorn 4ro5n,


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-n espacio anular concntrico necesita los siguientes par(metros geomtricos para la

definicin de las propiedades relacionadas con la mec(nica de fluidos)

onde)

2 D di(metro e&terior de la tu'er+a interna

= D di(metro interior de la tu'er+a e&terna

ep D di(metro eui*periferia

El modelo sugiere la siguiente ecuacin para predecir la transicin de 'ur'u$a a slug)

Si el espacio anular presenta un di(metro eui*periferico mayor ue d ep, la coalescencia

de peue%as 'ur'u$as de gas dentro de las 'ur'u$as grandes de Gaylor es la transicin'(sica de flu$o 'ur'u$a a slug. El limite entre flu$o 'ur'u$a y slug es representado por la

transicin < en la fig. y dada por la siguiente ecuacin)

"a transicin de 'ur'u$as dispersas se muestra en la fig. como transicin 4 y es

representada por la ecuacion)

El criterio de transicin para flu$o anular es 'asado en la siguiente ecuacion y

representado por la transicin en la figura .


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"a segunda seccin del 3odelo 3ecanico de "age es un con$unto de modelos para elcalculo de la ca+da de presion en cada uno de los patrones de flu$o seleccionados. El

gradiente de presion 'if(sico en el patrn de flu$o 'ur'u$a consiste de tres componentes

dados a continuacin)

El gradiente de presion hidrost(tico es dado por)

El componente de friccion es dado por)

onde el factor de friccion de 1anning f es una funcin del numero de Reynolds definido

por)

El flu$o 'ur'u$a es dominado por una fase liuida relativamente incompresi'le.

Consecuentemente, los cam'ios en la densidad de la mezcla fluyente no son muy

significativos. 3antiene las velocidades casi constantes, resultando en una presion de

aceleracin desprecia'le. Este patrn de flu$o ha sido tratado como un flu$o homogneo.

Sin em'argo, el liuido in situ y las velocidades del gas son iguales /9# D 9"0 y la fraccin

de gas es determinada como sigue)


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"os par(metros principales de flu$o pueden ser calculados usando las ecuaciones /=80 a

/=0 y 'asados en el valor de :# .

El gradiente de presion total en el patrn de flu$o slug es calculado dependiendo de los

siguientes componentes)

El gradiente de presion hidrost(tica para la unidad slug esta dada por)

El gradiente de friccion de la ca+da de presion es dada por)

El gradiente de aceleracin de presion es dado por)

!ara los patrones de flu$o anular, el gradiente de presion total es calculado por las

siguientes ecuaciones)

onde representa las perdidas pro friccion.

onde f es el factor de friccion de 1anning e&presado como)

onde) es la fase de velocidad ue corresponde a la condicin de flu$o de la pel+cula

de liuido.


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!ara el flu$o multifasico ue pasa a travs del espacio anular la presin de fondo se

calcula usando las correlaciones de uns Ros, :agedorn 4ro5n,


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PROGRAMACION DEL ANALISIS DE DESEMPEO DELPOZO

6ara anali-ar el sistema de produccin total, se desarrolla un programa el cualvincula la relacin de rendimiento de entrada, c+lculos para ujo vertical,

c+lculos de rendimiento del estrangulador * c+lculos de lnea de ujo. Cadacomponente del sistema de produccin es programado individualmente * luegovinculado para determinar las perdidas de presin en cada componente * elsistema de produccin optimo dise2ado para un conjunto dado de condicionesde *acimientos * limitaciones de las instalaciones en superfcie.

El programa consiste en anali-ar el sistema de produccin u*ente del po-oiniciando con las condiciones de presin del *acimiento * trabajando a travsde este, ascendiendo a travs de la tubera o del espacio anular, estranguladorde superfcie, lnea de ujo * fnalmente acia el separador. /e andesarrollado varias subrutinas para calcular las propiedades sicas del uido,ujo vertical, ujo ori-ontal * el calculo del estrangulador de superfcie. !as

correlaciones de las propiedades sicas 1ue se usaron en la programacin seenlistan en la tabla :.

EJEMPLO DE PROBLEMA

6ara poder e;plicar la aplicacin del an+lisis del sistema de produccin, losresultados se presentan en un ejemplo de problema de un campo de aceite. !ainormacin del po-o se presenta a continuacin.

6resion de ?98@ 6si

6roundidad del 6o-o > 707A t

!ongitud de la !inea de %lujo > ::3A t

Corte de 4gua > A

ravedad 46= > :3.7 46=

ravedad especifca del gas > A.3::?

D4 > 0?0 /c/FB

6resion de /eparador > :0 6si

Femperatura de /eparador > 37 %

=ndice de 6roductividad > ::9 bbl#6si

Femperatura en la cabe-a del po-o > 9A %

Femperatura en el ondo del po-o > :0A %

6resion del punto de burbuja > ?@AA 6si

Dugosidad de la tubera > A.AAA: t


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SELECCIN DE LA COMBINACION OPTIMA DEL TAMAODE LA TUBERIA Y EL TAMAO DE LA LINEA DE FLUJO:

!a seleccin del tama2o de la tubera * el tama2o de la lnea de ujo es mu*importante en el dise2o de la produccin del campo de aceite. En po-os de

aceite, la perdida de presin a travs de la tubera puede constituir la perdidade presin ma*oritaria a travs de todo el sistema. /i el tama2o de la tuberaes inerior a la del po-o, la perdida de riccion se convertir+n e;cesivas. /i eltama2o de la tubera es mu* grande, se encontrara perdida de presinadicional debido a la carga li1uida. 4sumiendo 1ue los tama2os disponibles dela lnea de ujo estn en el rango de (?.0 a : pulgadas" los di+metros internos* los tama2os de la tubera est+n en el rango de (?.0 a 8 pulgadas". El ma*ordi+metro del tama2o de la tubera es tomado cuando la produccin es tomadadesde el casing. !a fgura :A muestra la combinacin de la tubera * la lnea deujo para los datos proporcionados en el ejemplo. !a interseccin entre lacurva de la lnea de ujo * la curva de la tubera representa la posible tasa de

ujo para la combinacin dada. 6osibles producciones para varios tama2os detubera * lneas de ujo est+n dados en la tabla ?. /i se desea 1ue el po-oprodu-ca para AAA /FB# como se muestra en la fgura :A * fgura ::, todaslas intersecciones de las grafcas de la lnea de ujo * la tubera 1ue estn a ladereca de la lnea vertical a travs de AAA /FB# producir+nsatisactoriamente el po-o. !a combinacin mas econmica u optima es latubera de in * la lnea de ujo de 0 in.

SELECCIN DEL TAMAO DELESTRANGULADOR EN SUPERFICIE.

En algunos campos de aceite puede ser mas conveniente restringir la tasa deujo asta la superfcie para obtener produccin de li1uido con un baja D4.Esta restriccin puede llevarse a cabo al instalar un estrangulador en lasuperfcie sobre la cabe-a del po-o. /uponga 1ue en el ejemplo anterior lostama2os del estrangulador varian de @?7 pulgadas a :7 pulgadas. !osresultados se muestran en la fgura :?, fgura :@ * la tabla @ presenta el eectode tama2os de tubera de @ * in para ujo en el estrangulador * 0 in de lneade ujo. !a fgura :@ indica 1ue para una presin dada en cabe-a de po-o latasa de ujo a travs de una tubera de in es signifcativamente ma*or 1uela tasa de ujo a travs de una tubera de @ in. /i se desea bajar la tasa de ujoa @AAA /FB#, a continuacin de la fgura :? el tama2o del estrangulador en

superfcie es de 37 in.

CONCLUSIONES:. Basados en la inormacin de pruebas disponibles del po-o, la

evaluacin estadstica para los mtodos del calculo de la presin paracada componente del sistema de produccin son los siguientesG


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a. 6ara el ujo vertical en tuberas, la evaluacin de correlaciones deprediccin de la perdida de presin * modelo mecanico muestran 1ue lasmejores correlaciones son la de #uns & Dos * el modelo mecanico deome-.

b. !a evaluacin de las correlaciones de ujo multiasico para el calculo dela perdida de presin a travs del espacio anular muestra 1ue la mejorcorrelacion es la de #uns & Dos * el modelo mecanico de !age.

c. 6ara el ujo multiasico a travs de lneas de ujo ori-ontal, laevaluacin de la correlacion de prediccin de la perdida de presin *modelo mecanico muestran 1ue el modelo mecanico de ome- da elmejor resultado.

d. El modelo mecanico de 6er$ins para el ujo critico * subcritico a travsdel estrangulador muestra una similitud avorable con la inormacinmedida * con otras correlaciones.

?. El desempe2o de po-os u*entes puede ser mejorado por medio de unaoptima seleccin de las tubera, lnea de ujo * el tama2o delestrangulador en la cabe-a del po-o usando el modelo desarrollado.

REFERENCIAS


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