Bombas y Registros de Temperatura en Inyeccion de Agua

1 ALEX BERTIN GONZALES MARCOS……[email protected]

TRABAJO PRÁCTICO DERESERVORIO III

1.- BOMBAS2.- REGISTROS DE TEMPERATURA3.- FALL OFF TEST

1.- BOMBAS

Las bombas cumple la función de generar el movimiento de los fluidos en particularidadlíquidos desde un punto a otro del proceso.

1.1.- Tipos principales de bombas:

1.1.1.- Bombas reciprocantes:

Las bombas de tipo reciprocante son especificadas con poca frecuencia en los diseñosnuevos. Se prefiere el uso de bombas centrífugas y deberían usarse excepto en las pocassituaciones donde sea necesario otro tipo. Circunstancias especiales que pueden favorecerlas bombas reciprocantes incluyen las siguientes:

1. Fluidos de alta viscosidad.

2. Capacidades relativamente bajas (de 0.2 a 1.3 dm3 /s (3 a 20 gpm)) a cabezales altos.

3. Servicios intermitentes, como bombeo externo o separador de lodo y residuo, donde sedebe manejar un rango de fluidos, los costos de equipos son favorables, y hay disponibleun NPSH suficiente.

4. Servicio de lodo y suspensiones.

5. Servicios de bombeo simple con un rango amplio de presiones de descarga o caudalesde flujo. Las bombas reciprocantes producen un flujo pulsante, desarrollan una presióndeparada alta, tienen una capacidad constante cuando son accionados por un motor, yestán sujetas a atrapar vapor a condiciones de NPSH bajas. Las fugas a través delempaque deben ser consideradas, ya que los sellos de tipo mecánico no son aplicables arodillos o símbolos.


Bombas reciprocantes de pistón.

Descripción.Están constituidas por uno o varios pistones o émbolos que se mueven dentro de uncilindro con movimiento alternativo de vaivén. Este movimiento alternativo es provocado

por un cigüeñal, manivela, excéntrica o leva giratorios y una biela1. Sendas válvulas deretención permiten el ingreso y el regreso del fluido.

Biela

Cigueñal o Excéntrica

Bomba reciprocante de simple efecto

No es la única opción; podría ser accionado por otro pistón accionado por vapor o porgas expandiéndose. Si bien en alguna época estos tipos de accionamiento fueron de usocomún (por ejemplo, los llamados “burros de vapor” para alimentación de calderas), hoyestán prácticamente en desuso.

Se llama bomba de “simple efecto” aquella en que por cada revolucióndel cigüeñal hay una sola carrera útil, con uno sólo de los extremosdel pistón en contacto con el fluido (véase la Figura anterior).

Partes constitutivas de una bomba de pistón de doble efecto

En una bomba de “doble efecto”, por cada revolución del órgano accionador se tienen doscarreras útiles. Ello se suele lograr con dos lados del pistón en contacto con el fluido (ver


Figura de arriba). La presencia del vástago disminuye el volumen bombeado en uno de losefectos y requiere un sistema de cierre, por empaquetadura o retén o sello adecuado.

Otra manera de aumentar el volumen bombeado por revolución consiste en utilizar pistonestrabajando en paralelo (ver Figura siguiente), accionadas por un solo motor con un solocigüeñal.

Bomba reciprocante de simple efecto, con tres pistones

Otras realizaciones de bombas reciprocantes de pistón:

Son muy utilizadas las bombas reciprocantes con válvula de descargaen el pistón (ver Figura 2.5). Esta realización es habitual en las bombasmovidas por molinos de viento, así como en bombas de accionamientomanual.

Embolo buzo.

Estas bombas no tienen diferencia esencial con las descritasanteriormente; la única diferencia radica en que el pistón entra encontacto con el fluido no sólo por su parte frontal sino también por susuperficie cilíndrica. Véase la Figura 2.6.


Multi-pistónEstas bombas se caracterizan por tener varios pistones trabajando enparalelo, todos movidos por un único motor.Dos realizaciones típicas se muestran en las Figuras 2.3 y 2.7. En ladisposición paralela en línea, un único cigüeñal mueve todos los pistones. Enla disposición en tambor, el motor mueve una platina que,simultáneamente, hace girar mediante un árbol central el cuerpo de cilindrosy además produce, por su inclinación, el movimiento reciprocante de lospistones. Todos los cilindros están comunicados, a través de sendasválvulas, con cámaras de aspiración y de impulsión. Variando el ángulode la platina se pude variar la carrera de los pistones y por ende se regulael caudal.

Otra realización utilizada coloca los pistones radialmente dentro de unacarcaza exterior móvil respecto al cuerpo que aloja los cilindros (ver Figura2.8). Éste gira excéntricamente, produciendo el movimiento de vaivén de lospistones.

La disposición multi-cilindro permite disminuir la amplitud de las pulsacionesde presión en la impulsión (aumentando su frecuencia).


Bombas reciprocantes de diafragma

Bombas de diafragma mecánicas.

Estas bombas difieren de las de pistón sólo en que el espacio variable o cámara decompresión de volumen variable se logra por la deformación de un diafragma en lugar delmovimiento de un pistón. Véase el esquema de su funcionamiento en la Figura 2.12 y uncorte de una bomba real en la Figura 2.13. Esta solución no permite llegar a presiones tanelevadas como con las de pistón; tienen como parte débil el diafragma, que está sometidoa flexiones repetidas. Su principal ventaja radica en la ausencia total de fugas en labomba.

Figura 2.12 Bomba de diafragma – Esquema de funcionamiento


Bombas de diafragma neumáticas.

Este tipo de bombas suele tener dos diafragmas en oposición vinculados mecánicamente yuna válvula neumática de dos posiciones. En una posición, la válvula neumática admiteaire comprimido deformando un diafragma y purga el aire del lado del otro diafragma; en laotra posición se intercambian los efectos. Véase la Figura 2.14. El propio movimiento deldiafragma impulsado hace conmutar la válvula neumática a la otra posición, produciendo elmovimiento del otro diafragma. Las válvulas de admisión y expulsión del fluido suelenser de bola.

Estas bombas, al ser accionadas por aire comprimido, son adecuadas para uso enatmósferas peligrosas (por ejemplo, potencialmente explosivas o con riesgo de incendio).

1.1.2.- Bombas Centrífugas:


Consisten en un rodete montado sobre una carcasa o voluta. El líquido entra en el centrodel rodete y es acelerado por el giro de este, la energía cinética del fluido se transforma enenergía potencial en la salida.

Son aquellas en que el fluido ingresa a ésta por el eje y sale siguiendo una trayectoriaperiférica por la tangente.

USO DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Las bombas centrífugas, debido a sus características, son las bombas que más se aplican en laindustria. Las razones de estas preferencias son las siguientes:

Son aparatos giratorios.

No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy sencillos.

La impulsión eléctrica del motor que la mueve es bastante sencilla.

Para una operación definida, el gasto es constante y no se requiere dispositivo regulador.

Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias.

Aparte de las ventajas ya enumeradas, se unen las siguientes ventajas económicas:

El precio de una bomba centrífuga es aproximadamente ¼ del precio de la bomba de émboloequivalente.

El espacio requerido es aproximadamente 1/8 del de la bomba de émbolo equivalente.

El peso es muy pequeño y por lo tanto las cimentaciones también lo son.

El mantenimiento de una bomba centrífuga sólo se reduce a renovar el aceite de las chumaceras,los empaques del presa-estopa y el número de elementos a cambiar es muy pequeño.



CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Las bombas centrífugas pueden ser agrupadas en distintos tipos según los criteriosaplicados en función del diseño, construcción, servicio, etc. por lo que una bomba enparticular puede pertenecer simultáneamente a dos o más grupos a la vez; algunos deestos grupos son los siguientes, a saber:

- Basados en el cumplimiento con normas de la industria

- Basado en el número de rotores o rodetes

- Basado en la succión del rotor o rodete

Basado en el tipo de voluta

-Basado en la ubicación de las conexiones

-Basada en la orientación del eje

Basado en la orientación de la división de la carcasa

Basado en el soporte de los rodamientos

Basado en la conexión del eje al accionamiento

Basado en el tipo de servicio

Basados en el cumplimiento con normas de la industria:

Bomba ANSI - Según especificaciones ASME b73.1

Bomba API - Según API 610

Bomba DIN - Según DIN 24256

Bomba ISO - Según ISO 2858 y 5199

Bombas UL/ FM - Según especificaciones de NFPA




2.-REGISTROS DETEMPERATURA

La temperatura desempeña un rolimportante en diversos procesosde fondo de pozo, y susmediciones se utilizan hace muchotiempo para monitorear eldesempeño de los pozos deproducción. De hecho, desde ladécada de 1930, los ingenieroshan utilizado los datos detemperatura de pozos para elcálculo de las contribuciones delflujo, la evaluación de los perfilesde inyección de agua, eldiagnostico de la efectividad de lasoperaciones de fracturamiento, ladetección de tapones de cementodetrás del revestimiento y ladetección de flujo cruzado entrezonas. Durante muchos años, lapopularidad de esta medición muybásica fue eclipsada en gran medida por otras mediciones más exóticas obtenidas a travésde conjuntos sofisticados de herramientas de adquisición de registros, por lo que estosregistros tienen muy poca importancia en la actualidad.No obstante, el desarrollo de la tecnología de fibra óptica ayudó a que resurgiera el interésen las mediciones de temperatura.


2.1.-FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS DTS (Tecnología de medición de ladistribución de la temperatura).

En su forma más básica, un sistema DTS comprende un filamento de fibra óptica, unafuente de luz laser, un divisor óptico, una unidad de procesamiento de señalesoptoelectrónicas y una consola de visualización (Figura 1). El filamento de fibra óptica seencuentra alojado efectivamente dentro de un tubo de protección o conductor. Un filamentoes delgado como un cabello mide tan solo unos 100 micrones y posee un núcleo central devidrio silíceo, de aproximadamente 5 a 50 micrones de diámetro. El núcleo se encuentrarodeado por una capa externa de sílice, que se conoce como recubri-miento. Lacomposición silícea del recubrimiento mejora con el agregado de otros materiales talescomo el germanio o el flúor para modificar su índice de refracción y las propiedades dedispersión de la luz.Un rayo laser envía pulsos de luz de 10 ns (un intervalo equivalente a casi 1 m) por elfilamento de la fibra. A medida que cada pulso de entrada viaja a través del filamento, laluz se refleja a lo largo del límite existente entre el núcleo de la fibra y su revestimientomediante un fen6meno conocido como reflexión interna total. El núcleo posee un índice derefracción más elevado que el revestimiento mejorado, y la luz que se desvía de la líneacentral del núcleo finalmente chocara con el límite existente entre el núcleo y elrevestimiento formando un ángulo que fuga el haz de luz nuevamente hacia el centro.No obstante, una fracción de esa luz se dispersa a medida que el pulso viaja por la fibra.La luz puede dispersarse mediante fluctuaciones de la densidad o por variacionescomposicionales mínimas del vidrio a través de un proceso conocido como dispersi6n


Rayleigh o mediante vibraciones acústicas que modifican el índice de refracción de la fibraóptica lo que se conoce como dispersión Brillouin.

2.2.-Teoría del análisis con fibra óptica en pozos con inyección de agua:

La supervisión de la temperatura distribuida puede ser usada para monitorear elcomportamiento de los inyectores de agua mediante una técnica llamada “calentamiento”,o “Warm Back” por sus siglas en ingles. Esto involucra cerrar el pozo por un periodo ygrabar la respuesta de la temperatura mientras el pozo se calienta nuevamente hasta elgradiente geotérmico. Bajos condiciones normales de inyección el agua fría inyectada alpozo enfriara toda la roca adyacente al pozo incluyendo los intervalos no permeables porarriba del yacimiento, por lo que la única información que se puede obtener durante lainyección es la del intervalo inferior del fluido de inyección. Una vez que la inyeccióntermina la roca adyacente comienza a recalentarse hasta el gradiente geotérmico duranteun periodo de tiempo. Pero si un intervalo permeable ha aceptado agua esto enfriara laroca en un radio mayor que el del pozo.

La magnitud este efecto está en función del gasto de inyección, la permeabilidad delintervalo, el tiempo y las propiedades térmicas de los fluidos y de la roca,

Un ejemplo hipotético de la respuesta del recalentamiento en 100 días se muestra en laFigura 9, en donde hay que enfatizar la respuesta térmica al contraste de permeabilidad.


Para la medición de la velocidad del bache caliente de agua cuando se realiza un cierre enel pozo, el agua en la tubería arriba del yacimiento se calentara rápidamente, debido a laconducción del calor de la formación, y un volumen de agua caliente será producido en latubería justo arriba del intervalo del yacimiento. Una vez que reinicia la inyección estebache de agua caliente puede ser monitoreado por la fibra DTS (grabando a un cierto ritmode adquisición) mientras se mueve a hacia abajo a través del. La velocidad del bacheviajando hacia abajo y a través del yacimiento puede ser determinada y representa el perfildel flujo dentro del yacimiento, Figura 10.

2.3.- SISTEMA MWD (MEASUREMENT WHILE DRILLING)

El sistema MWD se ha diseñado con el propósito de obtener información en tiempo realdurante la perforación de un pozo mediante la utilización de un dispositivoelectromagnético localizado en el BHA, información que se envía a superficie a través deun sistema de telemetría (figura 15).El sistema MWD tiene los siguientes componentes:

• Sistema de potencia• Sistema de telemetría• Sensores direccionales.


FUNCIONES DEL MWD:La principal función del MWD es la de medir:- La inclinación del ángulo.- El azimut.- El Tool Face.Además permite mediciones de:- Temperatura.- Rayos Gamma.- Prueba de integridad de la formación (LOT).El tiempo que tarda el MWD en proporcionar toda esta información es deaproximadamente 2 minutos. Las lecturas del MWD son efectuadas a partir de los 17metros sobre del trepano.

El MWD consta de 3 partes principales:Pulser.- Su función es la de transmitir la información del fondo hacia la superficie. Es laparte mecánica del MWD que transmite pulsos y ondas que son recibidos por el sensor depresión en la superficie.Baterías.- Son celdas que contienen 18 pilas de Canión - Litium, cada pila tiene 1.5 voltios,con un total de 35 voltios por Batería.Electrónico.- Transmite la información por telemetría en el lodo que luego es codificada yenviada al computador.

CONCLUSIONES DE LOS REGISTROS ANTERIORES DICHOS:

Los perfiles de temperatura son registros antiguos que hoy en día no son muy utilizados.

La fibra óptica aplicada en la registración de temperatura realzo la importancia de estosperfiles.

El Sistema de Temperatura Distribuida DTS con Fibra Óptica es de utilidad en pozospetroleros para registrar la temperatura con respecto al tiempo y la profundidad. Cambiosen el flujo del fluido en razón de sus eventos térmicos son reconocidos a lo largo del pozo.Esta tecnología ha demostrado en los casos de estudio, utilidad para monitorear tanto el

perfil de producción de aceite con gas, así como el perfil de inyección de agua. De igualforma ha presentado utilidad en el monitoreo de los efectos térmicos para registrar eldesempeño de los mandriles de Bombeo Neumático, dando una adecuada indicación de laeficiencia de trabajo de la válvula neumática.

Los datos adquiridos en tiempo real mediante la unidad de línea de acero con fibra ópticaproporcionan una económica alternativa para este tipo de estudios en comparación con loscostos y los tiempos de registro que requieren los comunes sistemas de registro detemperatura con sensores de memoria, tiempo real o PLT bajados al pozo con cableeléctrico o línea de acero convencional; originando ahorros en servicio de registros y entiempo de equipos.


2.4.- LINEA DE ACERO:




2.5.- REGISTRO PLT:

UniTest® PLT permite importar los datos del registro de producción obtenidos decada pozo, creando distintos canales para cada magnitud registrada. Entre estoscanales se encuentran rayos gama, CCL, presión, temperatura, densidad,capacitancia, revoluciones de la hélice y velocidad del cable.

Gráficos

El software cuenta con una función que, a partir de los datos cargados, permite graficarcada curva del registro en función de la profundidad.

Se pueden crear distintos paneles en los cuales se permiten incluir de forma sencilla yrápida las distintas curvas que se deseen exponer. Cada panel se puede editar en formaindependiente ingresando títulos, nombres de cada curva, escalas, etc.

Para facilitar la creación de gráficos se incluyen botones que en forma automática realizanesta tarea, agrupando las distintas curvas en configuraciones preestablecidas.

La posibilidad de realizar acercamientos (zoom) en zonas específicas es de gran ayuda enel momento del análisis detallado, así como lo es la facultad para mover las curvas enprofundidad de forma tal de correlacionarlas.

Adicionalmente, cada gráfico puede ser copiado y colocado en el portapapeles y de estaforma tenerlo disponible para pegarlo en otras aplicaciones, por ejemplo en informes.

Generación del registro

Una vez editados losarchivos del registro,UniTest® PLT cuentacon un compilador quegenerará el registrocompleto listo paraimprimir, de acuerdo alorden elegido para cadaelemento dentro delmismo.


3.- Fall off test

3.1.- FUNDAMENTO DE LAS PRUEBAS DE TRANSIENTE

Se ha demostrado que la respuesta de la presión del yacimiento ante diferentes cambiosen la tasa de flujo, refleja la geometría y las propiedades de flujo del yacimiento. Se basanen crear entonces una disturbancia de presión, mediante cambios de tasa, y medir lasvariaciones en la presión de fondo (pwf) en el tiempo, en uno o más pozos.

Las pruebas de presión se realizan con múltiples propósitos:

-Determinar la capacidad de la formación para producir hidrocarburos (permeabilidad,presión inicial)-Evaluar presencia de daño a la formación-Determinar la naturaleza de los fluidos y posibles contactos-Identificar limites y barreras del yacimiento (fallas sellantes, límites estratigráficos)-Comunicación entre pozos

3.2.-TIPOS DE PRUEBAS

-Abatimiento de Presión (Pressure Drawdown Test)-Restauración de Presión (Pressure Buildup Test)-Multitasa-Prueba de Interferencia-Drill Stem Test (DST)-Fall Off-Prueba de Inyectividad

3.3.- Pruebas de disipación de presión en pozos inyectores (Fall off test).

Se realizan cerrando el pozo inyector y haciendo un seguimiento a la presión en el fondodel pozo en función del tiempo. La teoría supone una tasa de inyección constante antes decerrar al pozo.

Con esta prueba es posible determinar : Las condiciones del yacimiento en lasadyacencias del pozo inyector, Permite dar un seguimiento de las operaciones deinyección de agua y recuperación mejorada, estimar la presión promedio del yacimiento,medir la presión de ruptura del yacimiento, determinar fracturas, determinar si existe dañoen la formación, causado por taponamiento, hinchamiento de arcillas, precipitados, entre


otras, determinar la permeabilidad efectiva del yacimiento al fluido inyectado, utilizada parapronósticos de inyección.

Se corren cerrando el pozo inyectory registrando la presión en el fondodel pozo como función del tiempode cierre. Es análoga a las pruebasde restauración de presión en pozosproductores. La teoría para elanálisis de las pruebas supone quese tiene una tasa de inyecciónconstante antes de la prueba. Lahistoria de tasa idealizada semuestra en la siguiente figura:

Cuando se tiene cambios significativos en la tasa de inyección, se pueden aplicar losmétodos de análisis presentados para pruebas multitasa o de tasa variable.

Al inyectar fluidos al yacimiento, es posible que se formen uno o más bancos de fluidos. Sedebe reconocer la existencia de esos bancos y tomar en cuenta para el análisis de presión.Cuando la razón de movilidad entre los fluidos inyectados y del yacimiento es cercano auno, el análisis es directo. Esto se debe a que el yacimiento se comporta como si tuviesesólo un fluido de movilidad constante.


Sin embargo, cuando los diferentes bancos de fluidos difieren en movilidad, los análisis sondifíciles y, algunas veces, imposibles. El sistema de razón de movilidad unitario seconsiderará primero.

Cuando la razón de movilidad es efectivamente igual a uno, las pruebas de disipación sonanálogas a las de restauración en pozos productores.

Condiciones:

1.- los fluidos inyectados y los fluidos en sitio tienen aproximadamente las mismasmovilidades. Para sistemas petróleo-agua, al cual se restringe esta discusión, esto significaque:

(Kw/uw) = (Ko/uo)

2.- Los fluidos inyectados tienen distinta movilidad que los fluidos en sitio, pero la inyecciónse ha llevado a cabo por el largo tiempo de modo tal que el radio exterior del banco defluidos inyectados ha sido removido del pozo inyector y, por lo tanto, la prueba dedisipación no investigará más allá de ese radio. Entre otras palabras, si la prueba essuficientemente corta, tal que el trasiente de presión permanece dentro del primer banco,los bancos de fluidos ubicados delante no afectarán los datos de presión. El radio externodel banco de agua puede determinarse por balance de materiales a partir de la siguienteecuación:

Donde:

Wi = Agua inyectada acumulada, bls.

rwb = Radio del banco de agua, pies

h = Espesor de la formación, piesΔSw= Cambio de saturación de agua en el banco de agua.

Por lo tanto, el radio del banco de agua es:


Si se supone que el transiente de presión creado por la prueba de disipasión de presióntiene geometría radial, el radio de investigación de la prueba de disipasión durante letiempo Δt, puede aproximarse mediante la siguiente ecuación:

Donde:

K = permeabilidad efectiva, md.

μ = viscosidad del agua, cps.

Ct = Compresibilidad del sistema en el banco de agua, psi -1

Δt = tiempo de cierre, hrs.

Si rd ≤ rwb, la prueba está influenciada sólo por el banco de agua y será válida lasuposición de que la razón de movilidad unitaria.

3.3.1.- Método de Horner aplicado para pozos inyectores:

El comportamiento de presión en la cara de la arena durante una prueba de disipación sepuede describir por la ecuación.

Donde:

q = Tasa de inyección (negativa) BLS/D

tp = Tiempo de inyección, antes de cierre,hrs.

Δt = Tiempo de cierre, hrs.

pws= presión medida durante la prueba, psi.

P* = Presión extrapolada, psi.


B = Factor volumétrico del agua, BY/BP

K = Permeabilidad efectiva al agua, md.

h = espesor de la formación, pies.

μ = Viscosidad, cp.

La ecuación anterior indica que un gráfico de pws vs las ((tp + Δt)/Δt) dará una línea rectade pendiente m; esta se ilustra en la siguiente figura:

Se puede observar que escala de la abcisa crece de izquierda a derecha; esto significaque Δt aumenta de izquierda a derecha.

A pesar que la pendiente parece ser negativa, es positiva debido a lo mencionadoanteriormente sobre la escala inversa.

PASOS A SEGUIR

El efecto de esta caída de presión sobre la tasa de inyección puede expresarse entérminos de la eficiencia de flujo, E, como:


Si se lograse remover el daño indicado por la Δps, la tasa de inyección puede aproximarsepor:

Si Pyac no se conoce, p* puede usarse como una aproximación para calcular E. sinembargo puede ocurrir que p* sea una aproximación.

3.3.2.- MÉTODO DE MDH



3.3.3.- MÉTODO DE HAZEBROCK, REIMBOW - MATTEWS


3.3.4.- MÉTODO MILLER- DYES- HUTCHINSN


3.3.5.- EFECTOS DE ALMACENAMIENTO

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